Práctica 4 TSP
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PRACTICA # 4
“DETERMINACIÓN DEL ∆U TOTAL DE UNA MEZCLA
LÍQUIDO-VAPOR CON DATOS EXPERIMENTALES Y
MANEJO DE TABLAS”
Sección: B
INTEGRANTES:
ALUMNO: FIRMA
FLORES SANTOS ESTEPHANIE
MARIEL
GUILLEN SALDAÑA BYRON
OWEN
𝒕(°𝑪) 𝑷 (𝒃𝒂𝒓)
93 0
200 15.5
195 13.5
190 12
185 10.5
180 9.5
175 8.5
170 7.5
165 6.5
160 6
Cálculos
Datos de la práctica anterior
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Equipo5 – 1IM25
1.- Calcula la densidad del agua a temperatura ambiente en (g/mL) y transfórmala a
(kg/m3).
𝑔
𝜌𝐻2 𝑂 = 0.99998 + 3.5𝑥10−5 (26 °𝐶) − 6𝑥10−6 (26 °𝐶)2 = 0.99683
𝑚𝐿
𝑔 𝑘𝑔 𝑚𝐿 𝑘𝑔
[=] ∗ ∗ 3 [=] 3
𝑚𝐿 𝑔 𝑚 𝑚
𝑔 1 𝑘𝑔 1000000 𝑚𝐿 𝑘𝑔
𝜌𝐻2 𝑂 = 0.996834 ∗ ∗ = 996.834
𝑚𝐿 1000 𝑔 1 𝑚3 𝑚3
Considerando que el cilindro tiene una capacidad de 14 mL y que éste fue llenado al
50% de su capacidad, entonces:
𝑉𝑒𝑥𝑝 = 7𝑥10−6 𝑚3
𝑚 = 𝜌 ∗ 𝑉𝑒𝑥𝑝
𝑘𝑔
𝑚 = 996.834 ∗ 7𝑥10−6 𝑚3
𝑚3
𝑘𝑔
𝑚[=] ∗ 𝑚3 [=]𝑘𝑔
𝑚3
𝑚 = 6.9778𝑥10−3 𝑘𝑔 𝑑𝑒 𝐻2 𝑂
𝑚3
3.- Calcula el volumen específico 𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 ( 𝑘𝑔 )
𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒 = 14𝑥10−6 𝑚3
𝑉𝑑𝑖𝑠𝑝𝑜𝑛𝑖𝑏𝑙𝑒
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =
𝑚
14𝑥10−6 𝑚3
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 =
6.9778𝑥10−3 𝑘𝑔
𝑚3
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 [=]
𝑘𝑔
𝑚3
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 = 2.006363𝑥10−3
𝑘𝑔
4.- Calcula la ∆𝑈 Total Experimental en (kJ) entrando a tablas solamente con los
valores extremos de la presión absoluta.
𝑚3 𝑚3 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑃𝑎𝑏𝑠 (𝑏𝑎𝑟) 𝑣𝑓 ( ) 𝑣𝑔 ( ) 𝑢𝑓 ( ) 𝑢𝑔 ( )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
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Equipo5 – 1IM25
𝑃𝑚𝑎𝑥 = 15.835373 0.001158 0.125142 854.276884 2594.58023
𝑃𝑚𝑎𝑥
𝑚3 𝑏𝑎𝑟 𝑚3 𝑚3 𝑚3 𝑚3 𝑚3
[=] ∗ + [=] ∗1+ [=] [=] 𝑣𝑓 = 0.001158
𝑘𝑔 𝑏𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑚3
𝑣𝑔 = 0.125142
𝑘𝑔
𝑘𝐽 𝑏𝑎𝑟 𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽
[=] ∗ + [=] ∗1+ [=] [=] 𝑢𝑓 = 854.276884
𝑘𝑔 𝑏𝑎𝑟 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑢𝑔 = 2594.58023
𝑘𝑔
𝑃𝑚𝑖𝑛
𝑚3
𝑣𝑓 = 0.001104
𝑘𝑔
𝑚3
𝑣𝑔 = 0.289427
𝑘𝑔
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Equipo5 – 1IM25
𝑘𝐽
𝑢𝑓 = 685.353977
𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑢𝑔 = 2569.79031
𝑘𝑔
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 𝑣𝑓
𝑥𝑃𝑚𝑎𝑥 = | |
𝑣𝑔 − 𝑣𝑓
𝑚3 𝑚3
2.006363𝑥10−3 − 0.001158
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑥𝑃𝑚𝑎𝑥 = | 3 3 |
𝑚 𝑚
0.125142 − 0.001158
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑚3
𝑘𝑔
[=] 3 [=]1[=] 𝑥𝑃𝑚𝑎𝑥 = 0.00747
𝑚
𝑘𝑔
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 𝑣𝑓
𝑥𝑃𝑚𝑖𝑛 = | |
𝑣𝑔 − 𝑣𝑓
𝑚3 𝑚3
2.006363𝑥10−3 − 0.001104
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑥𝑃𝑚𝑖𝑛 = | 3 3 | = 0.00312
𝑚 𝑚
0.289427 − 0.001104
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
4.4 Calcula la energía interna específica en ( ) a 𝑃𝑚𝑎𝑥 y 𝑃𝑚𝑖𝑛
𝑘𝑔
𝑢𝑃𝑚𝑎𝑥 = 𝑢𝑓 + 𝑥(𝑢𝑔 − 𝑢𝑓 )
𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑢𝑃𝑚𝑎𝑥 = 854.276884 + 0.00747 (2594.58023 − 854.276884 )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽 𝑘𝐽
[=] [=] 867.27695
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑢𝑃𝑚𝑖𝑛 = 𝑢𝑓 + 𝑥(𝑢𝑔 − 𝑢𝑓 )
𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑢𝑃𝑚𝑖𝑛 = 685.353977 + 0.00312(2569.79031 − 685.353977 )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
𝑢𝑃𝑚𝑖𝑛 = 691.23341
𝑘𝑔
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4.5 Calcula la ∆𝑈 Total experimental (𝑘𝐽)
𝑘𝐽 𝑘𝐽
∆𝑈𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = 6.9778𝑥10−3 𝑘𝑔(691.23341 − 867.27695 )
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
[=]𝑘𝑔 ∗ [=] ∆𝑈𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑒𝑥𝑝𝑒𝑟𝑖𝑚𝑒𝑛𝑡𝑎𝑙 = −1.22839 𝑘𝐽
𝑘𝑔
5.- Calcula ∆𝑈 total de tablas entrando a tablas solamente con los datos extremos de
la temperatura experimental:
𝑡 (°𝐶) 𝑚3 𝑚3 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑣𝑓 ( ) 𝑣𝑔 ( ) 𝑢𝑓 ( ) 𝑢𝑔 ( )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
200 0.001153 0.132484 850.472979 2594.204073
160 0.001102 0.306782 674.792177 2567.778127
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 𝑣𝑓
𝑥200°𝐶 = | |
𝑣𝑔 − 𝑣𝑓
𝑚3 𝑚3
2.006363𝑥10−3 − 0.001153
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑥200°𝐶 = | 3 3 | = 0.00649
𝑚 𝑚
0.132484 − 0.001153
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑣𝑚𝑒𝑧𝑐𝑙𝑎 − 𝑣𝑓
𝑥160°𝐶 = | |
𝑣𝑔 − 𝑣𝑓
𝑚3 𝑚3
2.006363𝑥10−3 − 0.001102
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑥160°𝐶 = | 3 3 | = 0.00295
𝑚 𝑚
0.306782 − 0.001102
𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
5.2 Calcula la energía interna específica en (𝑘𝑔) a 200 °C y 160 °C
𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑢200 °𝐶 = 850.472979 + 0.00649 (2594.204073 − 850.472979 )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
= 861.78979
𝑘𝑔
𝑘𝐽 𝑘𝐽 𝑘𝐽
𝑢160 °𝐶 = 674.792177 + 0.00295 (2567.778127 − 674.792177 )
𝑘𝑔 𝑘𝑔 𝑘𝑔
𝑘𝐽
= 680.37648
𝑘𝑔
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∆𝑈𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 = 𝑚(𝑢160 °𝐶 − 𝑢200 °𝐶 )
𝑘𝐽 𝑘𝐽
∆𝑈𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑡𝑎𝑏𝑙𝑎𝑠 = 6.9778𝑥10−3 𝑘𝑔 (680.37648 − 861.78979 ) = −1.26586 𝑘𝐽
𝑘𝑔 𝑘𝑔
6.- Calcula el porcentaje de error de ∆𝑈𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 en (𝑘𝐽), con respecto al valor de tablas
𝑘𝐽 − 𝑘𝐽 𝑘𝐽
[=] ∗ 100[=] ∗ 100[=]% %𝐸∆𝑈 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 2.9600%
𝑘𝐽 𝑘𝐽
TABLAS DE RESULTADOS
Análisis
1. Qué indica la calidad en la mezcla líquido-vapor
Al ser un valor muy pequeño significa que la cantidad de masa de vapor saturado
es muy pequeña con respecto a la masa total, por lo tanto la tendencia de la
gráfica es hacia líquido saturado que es lo que se encuentra en mayor cantidad en
la mezcla.
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Equipo5 – 1IM25
Los valores que se obtuvieron con la presión y la temperatura son parecidos, sin
embargo es posible observar que los de la presión tienden a ser mayores esto se
debe a que los valores de la calidad igualmente son mayores cuando se obtienen
respecto a la presión
Es una propiedad genera ya que es total para el proceso que se llevó a cabo con
cierta cantidad de masa en la experimentación.
Conclusión
Posterior a la experimentación se analizaron los datos de la temperatura y la
presión del agua en su equilibrio líquido-vapor. Se concluye que es posible
conocer el valor de la calidad de la mezcla liquido – vapor pues al ser el agua
una sustancia pura, las diversas combinaciones de sus tres fases tienen la
misma composición química. Calculando el volumen específico, y por medio de
la experimentación las presiones termodinámicas a distintas temperaturas para
poder comparar los valores obtenidos a través de medidas directas y cálculo
con lo establecido en las tablas termodinámicas. Durante la experimentación
hay un proceso de evaporación pues al aumentarse la temperatura se provoca
que parte del líquido del sistema se convierta en vapor saturado llegando así a
tener una mezcla. El valor de la temperatura ambiente es de gran ayuda para
poder calcular la densidad del agua a esa temperatura, ya con este dato se
puedo obtener la masa de agua que se introduce al sistema originalmente.
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Posteriormente utilizando las tablas termodinámicas fue posible calcular la
calidad de la mezcla pues se conoce el valor del volumen específico de la
mezcla así como 𝑣𝑓 y 𝑣𝑔 , así como la diferencia de la energía interna total
experimental y de tablas. Se calcularon los valores de la energía interna de dos
maneras una con las presiones máxima y mínima y la otra fue con las
temperaturas de 200 °C y 160 °C, así se concluye que si se conoce el valor de
una propiedad específica de la mezcla y los valores g y f será posible conocer
la calidad y la humedad.
Una de las razones porque los valores calculados no son exactamente igual a
los de las tablas es que existe la posibilidad de que la sustancia dentro del
cilindro no fuera pura además que se desconoce el proceso usado para montar
el equipo y además la exactitud de las mediciones de la presión puede variar
de acuerdo a la calibración del equipo.
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