Laboratorio de Fluidos y Fenómenos Térmicos

Práctica No. 14

(Sesion en Laboratorio de Termodinámica Clásica)

Proceso Isotérmico y Adiabático

En esta sesión se utilizara el equipo PASCO llamado “Aparato de ley adiabática de gases“, mostrado en la siguiente foto

El cual consiste fundamentalmente en un cilindro de acrílico y un pistón de teflón, con dos válvulas de acceso al “gas” que se quiere estudiar. En nuestro caso utilizaremos aire. En el pistón están adaptados 3 sensores para determinar presión, temperatura y posición del pistón (la cual conocidas las dimensiones geométricas del cilindro determinan el volumen de aire encerrado)

En la siguiente foto se muestran la salida de alimentación del aparato y las de los sensores (temperatura, volumen, presión).

Al inicio de la sesión el equipo ya estará en una configuración en la cual ya están conectados los sensores en un orden especifico a la interface (Canal A: sensor de presión, canal B: sensor de “volumen” y canal C: sensor de temperatura). Previamente se ha realizado la calibración de los sensores, de tal manera que las unidades de presión estarán dadas en kPa, las de volumen en cm3 y de temperatura en K. En la siguiente foto se ilustra la pantalla en el software DataStudio donde se definen los sensores en la opción “sensor definido por el usuario”

Actividad especifica:

Deberemos generar un proceso donde el sistema (aire) cambie sus propiedades termodinámicas (presión, temperatura, volumen). El procedimiento básico para determinar las condiciones de realización de los procesos isotérmico y adiabático las podemos obtener si:

(a) En la posición más baja del pistón, se abrirá una de las válvulas para enseguida cerrarla, esto nos asegura que la presión del aire en el volumen mínimo será la presión atmosférica.

(b) Abrir la opción grafica de la temperatura en DataStudio (c) Expandir el aire rápidamente (moviendo la palanca del pistón de abajo

hacia arriba) para observar el comportamiento de la temperatura en este proceso de expansión. Deberá haber coordinación entre el estudiante que moverá el pistón y el que dará inicio a la toma de datos en el DataStudio.

(d) Volver a la condición inicial, pero ahora expandir lentamente (y uniformemente) el aire (moviendo la palanca del pistón de abajo hacia arriba).

(e) Observar en la grafica de temperatura vs. tiempo el comportamiento en este proceso lento y la comparación con el proceso rápido.

(f) Podemos, en los dos procesos anteriores, habilitar en DataStudio las tablas de resultados de Presión vs. tiempo, Temperatura vs. tiempo y Volumen vs.

tiempo. Con estos datos podemos además formar la tabla de datos Presión vs. Volumen y en una grafica diferenciar la forma del proceso isotérmico del adiabático.

(g) En los dos procesos podemos evaluar para cada estado termodinámico (Presión)*(Volumen)/Temperatura y observar si se presenta alguna regularidad de los datos.

(h) Los diferentes equipos de estudiantes pueden seguir el mismo procedimiento (incisos b-g) PERO tomando diferente cantidad de aire inicialmente.

Actividad complementaria:

Si queremos determinar la compresibilidad isotérmica del aire, debemos recordar que este coeficiente esta dado como:

θ

κ ⎟⎠

⎞⎜⎝

⎛∂

∂−=

PV

V1

Entonces para determinar este coeficiente deberemos cuantificar esencialmente los cambios de volumen respecto a los cambios de presión PERO a temperatura constante. Con la actividad específica ya podemos responder la pregunta ¿Cuál deberá ser la condición en el movimiento del pistón para cumplir la condición en la determinación de κ?. Con los datos obtenidos en el proceso isotérmico determinar κ.