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UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Facultad de ingeniería. Departamento de ingeniería Química y Ambiental Bogotá, Colombia 2014-1 1 Laboratorio de Propiedades Termodinámicas Determinación del coeficiente adiabático del Aire y del Dióxido de carbono A! Determinación del coeficiente adiabático del Aire y del Dióxido de carbono A1 Informe Piragauta Cely Jennifer Marcela 245528, Muñoz Ana María 244966, Pulido Saenz Seneth Grupo 1 1. RESUMEN En el presente documento se expone el estudio para determinar el coeficiente de dilatación adiabática de los gases dióxido de carbono y aire tratándolos como gases ideales, por los métodos de Ruchardt y Clement –Desormes, para así compararlos con la literatura y poder inferir cuál de los dos métodos se aproxima más a la teoría, de acuerdo a los resultados obtenidos se puede deducir que el procedimiento más acertado para la determinación de coeficiente adiabático es el descrito por Clement –Desormes. 2. OBJETIVOS 2.1 OBJETIVO GENERAL Determinar el coeficiente de dilatación adiabática para los gases, CO2 y aire. 2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS Determinar por el método de Ruchardt el coeficiente adiabático para el CO2 y el aire. Determinar por el método de Clement - Desormes el coeficiente adiabático para el CO2 y el aire. Comparar y analizar la precisión y exactitud del método de Ruchardt (oscilaciones auto sostenidas) y del método de Clement-Desormes. 3. FUNDAMENTOS TEÓRICOS La cantidad de calor que debe absorber un sistema para incrementar su temperatura en 1 grado se denomina capacidad calorífica. El coeficiente de dilatación adiabática es la razón entre la capacidad calorífica a presión constante Cp y la capacidad calorífica a volumen contante Cv. A veces es también conocida como factor de expansión isentrópica y razón de calor especifico, se denota por la expresión Ƴ. = Teniendo en cuenta que C≡dQ/dT esta variación de energía por efectos exclusivamente térmicos tiene en cuenta los diversos modos internos a través de los cuales las moléculas almacenan dicha energía individualmente. Entonces se define que la capacidad calorífica a volumen constante de una sustancia como: =( ) Para un sistema cerrado y un proceso a volumen constante se tiene que: = ( ) ∆ = ∫ 2 1 ( ) Ahora para el balance de energía se tiene que: = ∆ = ∫ 2 1 Pero si el proceso ya no se da a volumen constante si no a presión constante, se puede definir la capacidad calorífica como sigue: =( )

a1 Informe Relacion Calores Especificos

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    Bogot, Colombia 2014-1

    1 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del

    Dixido de carbono A1

    Informe

    Piragauta Cely Jennifer Marcela 245528, Muoz Ana Mara 244966, Pulido Saenz Seneth

    Grupo 1

    1. RESUMEN

    En el presente documento se expone el estudio para determinar el coeficiente de dilatacin

    adiabtica de los gases dixido de carbono y aire tratndolos como gases ideales, por los mtodos

    de Ruchardt y Clement Desormes, para as compararlos con la literatura y poder inferir cul de

    los dos mtodos se aproxima ms a la teora, de acuerdo a los resultados obtenidos se puede

    deducir que el procedimiento ms acertado para la determinacin de coeficiente adiabtico es el

    descrito por Clement Desormes.

    2. OBJETIVOS

    2.1 OBJETIVO GENERAL

    Determinar el coeficiente de dilatacin

    adiabtica para los gases, CO2 y aire.

    2.2 OBJETIVOS ESPECIFICOS

    Determinar por el mtodo de Ruchardt

    el coeficiente adiabtico para el CO2 y el

    aire.

    Determinar por el mtodo de Clement -

    Desormes el coeficiente adiabtico para

    el CO2 y el aire.

    Comparar y analizar la precisin y

    exactitud del mtodo de Ruchardt

    (oscilaciones auto sostenidas) y del

    mtodo de Clement-Desormes.

    3. FUNDAMENTOS TERICOS

    La cantidad de calor que debe absorber un

    sistema para incrementar su temperatura en

    1 grado se denomina capacidad calorfica. El

    coeficiente de dilatacin adiabtica es la

    razn entre la capacidad calorfica a presin

    constante Cp y la capacidad calorfica a

    volumen contante Cv. A veces es tambin

    conocida como factor de expansin

    isentrpica y razn de calor especifico, se

    denota por la expresin .

    =

    Teniendo en cuenta que CdQ/dT esta variacin

    de energa por efectos exclusivamente trmicos

    tiene en cuenta los diversos modos internos a

    travs de los cuales las molculas almacenan

    dicha energa individualmente.

    Entonces se define que la capacidad calorfica a

    volumen constante de una sustancia como:

    = (

    )

    Para un sistema cerrado y un proceso a volumen

    constante se tiene que:

    = ( )

    = 2

    1

    ( )

    Ahora para el balance de energa se tiene que:

    = = 2

    1

    Pero si el proceso ya no se da a volumen

    constante si no a presin constante, se puede

    definir la capacidad calorfica como sigue:

    = (

    )

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    2 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    Para un proceso a presin constante en un

    sistema cerrado se puede escribir la anterior

    ecuacin como:

    = ( )

    Integrando:

    = 2

    1

    ( )

    Para un proceso mecnicamente reversible a

    presin constante, el balance de energa queda

    como:

    =

    = 2

    1

    ( )[1]

    La aplicacin del coeficiente adiabtico radica en

    su utilidad como una propiedad de los gases

    ideales en donde:

    = = +

    = = +

    =

    1

    De manera que si se conoce el valor de es

    posible encontrar el valor de cualquiera de los

    dos calores especficos. Otra utilidad se muestra

    cuando se realiza una expansin adiabtica en

    un sistema, con lo que se puede demostrar la

    relacin PV =cte., (ley de poisson) cuando no se

    presentan irreversibilidades.

    Experimentalmente, resulta ms accesible en

    sistemas gaseosos medir el cociente de las

    capacidades calorficas a presin y a volumen

    constantes por medio de los siguientes

    experimentos:

    3.1. Mtodo de Ruchardt, o de

    oscilaciones auto

    sostenidas:

    En este mtodo se deposita una esfera dentro de

    un tubo y se deja circular una pequea corriente

    de gas por la parte inferior del equipo, de manera

    que se arrastre la bola hacia arriba y esta oscile

    alrededor de un hoyo situado en la parte lateral

    del tubo, cerca de la mitad.

    La oscilacin realizada por la esfera se puede

    describir como un movimiento armnico. La bola

    oscila debido a que la corriente de gas llena por

    completo el sistema mantenindose cierta

    presin la cual hace el efecto de empuje hacia

    arriba sobre la bola. Justo cuando la bola supera

    la altura en la que se encuentra el hoyo escapa

    una cantidad de materia por lo cual la presin se

    descompensa y el propio peso de la bola hace

    que esta descienda. El flujo continuo de aire

    compensa de nuevo la presin y la bola sube,

    repitindose esto hasta que se cierre el

    suministro de gas.

    El volumen del sistema es el conjunto del

    volumen del recipiente y el volumen dentro del

    tubo hasta la posicin en donde se ubique la

    esfera. Este volumen se considera constante

    debido a que el ocupado por encima del orificio

    se iguala con el que est debajo en la trayectoria

    de las oscilaciones.

    Para realizar un anlisis matemtico del

    fenmeno debe asumirse que las oscilaciones

    ocurren en ausencia de friccin, que la fuerza

    recuperadora es constante, y que las

    oscilaciones son simtricas respecto al orificio.

    Teniendo en cuenta la condicin de equilibrio, se

    tiene que la ecuacin fundamental usada en esta

    parte experimental se describe a continuacin:

    = (1)

    En su forma diferencial

    = +

    Como el rea transversal es constante

    = (2)

    Se establece el cambio de volumen como:

    = (3)

    Se puede asumir que el proceso es reversible,

    entonces se cumple:

    = (4)

    Si consideramos solamente cambios pequeos

    tanto en la presin como en el volumen, y que

    el cambio en la presin, dP, y el cambio en el

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    3 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    volumen, dV, se relacionan a travs de la forma

    diferencial de la ecuacin de Poisson:

    = () 1

    =

    ()

    +1=

    ()

    (5)

    De (4):

    =

    Reemplazando en (5)

    =

    (6)

    Sustituyendo (3) en (6)

    =

    (7)

    Sustituyendo (7) en (2)

    = 2

    (8)

    Integrando

    = 2

    + (9)

    Se conoce que:

    = =2

    2

    Reescribiendo (9) como:

    2

    2=

    2

    +

    (10)

    Se definen dos variables:

    = 2

    , = +

    La ecuacin (10) se convierte en:

    2

    2= (11)

    Al resolver la ecuacin diferencial de segundo

    orden se obtiene:

    = (12)

    As se comprueba que el movimiento realizado

    por la esfera es armnico. Donde es el

    periodo de la oscilacin; en trminos de

    frecuencia v:

    =

    2, =

    1

    (13)

    Recordando el cambio de variable anterior:

    =2

    (14)

    De donde se despeja el coeficiente adiabtico:

    =42

    22 (15)

    Considerando el procedimiento del experimento,

    las cantidades V, A y m son constantes del

    aparato y deben ser medidas.

    3.2. Mtodo De Expansin

    Adiabtica Clement &

    Desormes:

    Este mtodo consiste en el llenado de un tanque

    con el gas que se va a evaluar hasta una presin

    medible. Despus que se estabilice esta presin,

    se toma la primera pareja de datos (P1, T1),

    enseguida se realiza la expansin adiabtica de

    manera rpida, dejando salir una cantidad de

    materia, se toma la segunda pareja de datos (P2,

    T2) y de nuevo subir hasta estabilizarse

    nuevamente (P3, T3).

    El cambio de presin se produce tan rpidamente

    que no hay transferencias de calor hacia o desde

    fuentes externas y se dice que el proceso es

    adiabtico. Por otra parte, se desprecian los

    efectos de irreversibilidades dentro del sistema

    (puede establecerse una analoga con el sistema

    cilindro pistn) pues en el momento en que la

    presin disminuye, las partculas de gas no

    chocan de manera intensa contra las paredes del

    contenedor y no se produce el efecto de

    amortiguamiento.

    Es importante tener en cuenta que el volumen de

    control sobre el cual se proceder a hacer el

    balance, slo incluye el gas que permanece

    dentro del cilindro durante todo el experimento.

    El proceso puede ilustrarse en un diagrama

    Presin vs. Volumen (Figura 1) donde el estado

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    4 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    1 corresponde a las primeras condiciones, es

    decir, una vez realizado el llenado del tanque. El

    paso del punto 1 al 2, es la expansin adiabtica,

    en donde la presin desciende por una lnea de

    entalpa constante a una isoterma diferente; el

    volumen va a aumentar debido a que el gas

    contenido en el volumen de control encontrar

    espacio libre que ser ocupado. El paso del

    punto 2 a 3 es el aumento de presin isocrica,

    el volumen del cilindro ya se habr llenado y la

    presin se estabilizar.

    1

    Fig 1 Presin vs. Volumen proceso Adiabtico

    La ecuacin utilizada en este procedimiento se

    deriva a continuacin:

    Para un sistema cilindro pistn:

    = (16)

    De acuerdo a la primera ley de la termodinmica:

    =

    Como es un proceso adiabtico:

    = (17)

    En un proceso a volumen constante:

    = (18)

    Para los gases perfectos:

    =

    (19)

    Reemplazando (16) en (18)

    1 Tomado de http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/

    =

    (20)

    =

    2

    1

    2

    1

    se considera constante debido a que el

    cambio de temperaturas es pequeo

    21

    = 21

    (21)

    De esto se puede inferir que el resultado de una

    expansin adiabtica es la disminucin de la

    temperatura. El paso del estado 1 al 2 se

    describe por

    (1, 1, 1) (2, 2, 2)

    Para gases perfectos se cumple que:

    111

    =22

    2= (22)

    De forma que:

    21

    =2211

    (23)

    Reemplazando (23) en (21)

    2211

    = 21

    (24)

    Por propiedades de los logaritmos

    [21

    + 21

    ] = 21

    (25)

    Factorizando:

    ( + )

    21

    = 1 2

    Con = +

    21

    = 1 2

    (26)

    El paso del estado 2 al 3 se describe por

    (2, 2, 2) (3, 2, 1)

    El paso del estado 1 al 3 (global) sera

    (1, 1, 1) (3, 2, 1)

    otros/clement/clement.htm (26 de marzo de 2014)

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    Usando de nuevo la relacin (22)

    11 = 32 21

    =13

    (27)

    As la ecuacin (26) queda:

    13

    = 1 2

    Despejando el coeficiente adiabtico se obtiene:

    = =

    ()[]

    4. VALORES PRIMARIOS

    Mtodo Oscilatorio de Rchardt

    En la TABLA 1, se registran los datos que no

    cambian durante la prctica como la masa de la

    esfera que acta como oscilador, su dimetro, el

    dimetro del cuello del recipiente por donde se

    distribuye el gas, el volumen del recipiente y la

    presin atmosfrica

    masa esfera (g) 0,0001 7,5534

    dimetro esfera (cm)

    0,005

    1,24

    dimetro interno tubo (cm)

    0,005

    1,25

    Volumen del recipiente (mL)

    1

    615

    Presin Atmosfrica (Pa) 74660,52

    TABLA 1. Datos iniciales invariables

    La TABLA 2 y TABLA 3, rene los datos de los

    tiempos en segundos, en que tarda la esfera en

    pasar por un nmero determinado de

    oscilaciones para el AIRE y para el DIOXIDO DE

    CARBONO, respectivamente. En el caso del

    aire, las oscilaciones evaluadas fueron de 8, 15 y

    10. Y para el dixido de carbono se evaluaron 20,

    15 y 10 oscilaciones.

    AIRE Tiempo (s) +/- 0,01

    EXP 1 2 3

    20 Osc 15 Osc 10 Osc

    1 7,82 6,68 4,78

    2 9,01 6,47 4,80

    3 8,70 6,44 4,70

    4 8,71 6,48 4,65

    5 8,41 6,64 4,65

    6 9,06 7,08 4,68

    7 9,21 6,80 4,68

    8 8,79 6,59 4,60

    9 6,54 4,56

    10 6,57 4,59

    11 6,57 4,81

    12 6,53 4,66

    TABLA 2. Tiempo de las oscilaciones para el AIRE

    CO2 Tiempo (s) +/- 0,01

    ensayo 1 2 3

    20

    Osc

    15

    Osc

    10

    Osc

    1

    8,26

    7,25 4,90

    2 8,13 6,91 4,94

    3 8,54 7,08 4,77

    4 8,41 7,58 4,51

    5 8,91 7,56 4,73

    6 8,83 7,20 5,15

    7 8,72 7,49 4,98

    8 8,98 7,62 4,81

    9 9,23 7,95 5,14

    10 8,78 7,51 5,18

    11 9,44 7,65 4,76

    12 8,68 7,51 4,88

    TABLA 3. Tiempo de las oscilaciones para el CO2

    *los datos resaltados corresponden a datos rechazados durante el

    tratamiento estadstico.

    Mtodo de expansin Clment-Dsormes

    Para este mtodo se realizaron dos ensayos para

    cada tipo de gas; AIRE y DIXIDO DE

    CARBONO, en los que se tomaba tres medidas

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    6 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    de la temperatura y la presin, en el momento en

    que se llenaba el tanque, en el momento en que

    se realizaba una expansin (abriendo y cerrando)

    rpidamente la vlvula y luego de una segunda

    expansin. La TABLA 4 rene estos datos.

    GAS EXP MEDIDA

    ALTURA

    (cm H2O

    0,05)

    T

    (C

    0,25)

    AIRE

    1

    1 37,20 18,00

    2 27,35 18,50

    3 34,10 19,00

    2

    1 37,50 19,00

    2 23,10 19,00

    3 33,50 19,10

    CO2

    1

    1 37,50 19,10

    2 24,30 19,10

    3 33,20 19,10

    2

    1 37,50 19,10

    2 3,80 19,10

    3 23,40 19,50

    TABLA 4. Datos registrados en la expansin de AIRE y

    CO2

    5. MUESTRA DE CALCULOS

    Debido al gran nmero de datos tomados para

    determinar el tiempo en cada rango de

    oscilaciones, se hace necesario someter cada

    muestra de datos a un tratamiento estadstico. Se

    toma los datos de Aire para 15 oscilaciones de la

    TABLA 2. Se halla un tiempo promedio para 15

    oscilaciones

    15 =

    12=1

    12= 6,62

    Con la misma muestra de datos de la TABLA 2

    para 15 oscilaciones, se calcula la desviacin

    estndar

    = ( 15 )2

    12=1

    11

    2

    = 0,18

    Establecindose el intervalo de confianza

    = 15 = , ,

    De acuerdo a la TABLA 2 y al intervalo de

    confianza obtenido, solo se descarta el dato del

    ensayo 6 correspondiente a 7,08s, pues se sale

    del intervalo de confianza como se ve en la

    TABLA 2. Se obtiene as un nuevo promedio del

    tiempo para 15 oscilaciones con el cual se

    trabajar para aplicarse en la frmula final de

    Coeficiente adiabtico o relacin de calores

    especficos.

    15 =

    11=1

    11= 6,57

    La presin ejercida sobre la esfera por accin del

    gas en el punto de equilibrio es

    = +

    = 74660,52

    +7,5534 103 9,81 /2

    (4

    ( 0,0125)2 )

    = 75264,3304

    Con el tiempo promediado se obtiene el periodo

    de la oscilacin (T)

    =15

    =

    6,57

    15= 0,438

    El volumen de la esfera

    =4

    33 =

    4

    3 (1,24)3

    = 0,56 3

    rea transversal

    =

    4 2 =

    4 (1,25)2 = 1,23 2

    Se aplican los datos disponibles para la ecuacin

    de coeficiente adiabtico

    =4 2

    2 2

    =42(7.5534 103)(6,10 1043)

    (0,000122)2(75264.33)(0.438)2

    = 0.84

    Mtodo de expansin Clment-Dsormes

    Muestra de clculos

    El tamao de muestra para este mtodo no es de

    un tamao significativo por lo que no sera

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    7 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    recomendable intentar realizar un tratamiento

    estadstico y ms si las condiciones sistemticas

    para cada ensayo, tendieron a ser las mismas.

    En esta muestra se toman los datos obtenidos

    para el AIRE, durante el primer ensayo, que se

    encuentran en la TABLA 4.

    Para la ecuacin del coeficiente adiabtico en

    este mtodo, es necesario tomar las alturas

    obtenidas en el manmetro como presiones en

    cm de Agua. Entonces para el primer ensayo

    T1 = 18,00 C P1= 37,20 cm H2O

    T2 = 18,50 C P2= 27,35 cm H2O

    T3 = 19,00 C P3= 34,10 cm H2O

    Datos que se introducen en la frmula,

    resultando as el coeficiente adiabtico para el

    AIRE en uno de los ensayos

    =(2) (1)

    (2) (3)

    =(27,35) (37,20)

    (27,35) (34,10)

    = ,

    RESULTADOS

    Mtodo Oscilatorio de Rchardt

    De manera anloga como se procedi con los

    datos primarios en la muestra de clculo para

    este mtodo, se aplica para las oscilaciones del

    AIRE, en 20 y 10 oscilaciones, y para el DIOXIDO

    DE CARBONO en 20, 15 y 10 oscilaciones,

    tomando los datos de la TABLA 2 y TABLA 3, y

    sometindolas a tratamiento estadstico con

    desviacin estndar, y determinacin de un

    Intervalo de Confianza, para descartar posibles

    datos atpicos. Se calcula un promedio de los

    tiempos para cada caso, adems del tiempo por

    periodo obtenindose los resultados de la

    TABLA 5.

    20

    Oscs

    15 Osc 10 Osc

    AIRE

    Tiempo

    (s) 0,05

    8,84 6,57 4,66

    (s) 0,44 0,44 0,47

    0,821 0,836 0,739

    CO2

    Tiempo

    (s) 0,05

    8,73 7,49 4,85

    (s) 0,44 0,50 0,48

    0,842 0,644 0,683

    TABLA 5. Resultados del tratamiento de datos en el mtodo

    Oscilatorio de Rchardt

    Mtodo de expansin Clment-Dsormes

    As mismo, con los 4 ensayos realizados para

    este mtodo, se procede anlogamente a la

    muestra de clculos, tomando las alturas

    encontradas en el barmetro (TABLA 4), como

    presiones en cm de Agua. Resultados que se

    resumen en la TABLA 6.

    ENSAYO

    PRESIN

    1

    (Air)

    2 (Air) 1 (CO2) 2 (CO2)

    P1 (cm H2O

    0,05)

    37,20 37,50 37,50 37,50

    P2 (cm H2O

    0,05)

    27,35 23,10 24,30 3,80

    P3 (cm H2O

    0,05)

    34,10 33,50 33,20 23,40

    1,39 1,30 1,39 1,25

    TABLA 6. Resultados del tratamiento de datos en el

    Mtodo de expansin

    A continuacin, se muestran los errores de los

    valores calculados por ambos mtodos

    (oscilaciones y expansin):

    % error relativo

    AIRE ( = 1,4) Exp % Error

    Relativo

    MTODO

    OSCILATORIO

    20 OSC 0,821 41%

    15 OSC 0,836 40%

    10 OSC 0,739 47%

    MTODO DE

    EXPANSIN

    Ensayo 1 1,394 0%

    Ensayo 2 1,303 7%

    TABLA 7. Error del mtodo experimental para el AIRE

    % error relativo

    CO2 ( = 1,3) Exp % Error

    Relativo

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Facultad de ingeniera. Departamento de ingeniera Qumica y Ambiental

    Bogot, Colombia 2014-1

    8 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    MTODO

    OSCILATORIO

    20 OSC 0,842 35%

    15 OSC 0,644 50%

    10 OSC 0,683 47%

    MTODO DE

    EXPANSIN

    Ensayo 1 1,390 7%

    Ensayo 2 1,259 3%

    TABLA 7. Error del mtodo experimental para el CO2

    6. ANALISIS DE RESULTADOS

    De acuerdo a datos encontrados en la literatura

    para el aire1, el coeficiente registrado es de =

    1,4 a 20C. A partir de este valor se toman

    entonces los valores de , obtenidos de manera

    experimental, y se observa que tan desviados

    estn del valor reportado en la literatura como se

    muestra en la Tabla 7.

    En el caso del dixido de carbono, el coeficiente

    registrado en la literatura es de = 1,289, a 201.

    Se procede de la misma manera que en el caso

    del aire, observando que tanto se desva la parte

    experimental de los datos oficiales. (Tabla 8)

    De acuerdo a lo anterior, es apreciable ver que

    en ambos casos (para el aire y el dixido de

    carbono) el mtodo de expansin arroja mejores

    y ms exactos resultados que por mtodo

    oscilatorio, esto se puede deber a que en el

    mtodo de oscilaciones se puede incurrir a

    errores de tipo sistemtico-personales, ya que al

    cuantificar las oscilaciones el experimentador

    puede retrasarse en la toma de datos,

    confundirse cuando se cuentan las oscilaciones

    y retrasar la toma de medida de tiempo, para este

    caso esta cuantificacin debi ser mayor a la real

    provocando que el coeficiente adiabtico

    disminuya al tener una relacin inversamente

    proporcional como lo muestra la Ecuacin Sin

    embargo se tom la precaucin de que una sola

    persona manipulara el cronometro y la cuenta de

    las oscilaciones. A pesar de lo anterior se puede

    ver que los datos tomados presentan precisin

    pero no exactitud, lo cual se puede corroborar

    con los valores reales reportados y con el

    tratamiento estadstico

    Por otro lado, para el planteamiento de las

    ecuaciones se tuvieron en cuenta algunas

    suposiciones como por ejemplo, que las

    oscilaciones ocurren en ausencia de friccin y

    que la fuerza recuperadora es constante, lo cual

    durante la experimentacin se observaban

    pequeas variaciones de amplitud, lo cual

    conduce a oscilaciones asimtricas y por tanto, a

    error sistemtico-instrumental y de mtodo.

    En cuanto al mtodo de expansin, se puede ver

    que el tiempo de espera fue una variable muy

    importante ya que en este caso, de acuerdo a los

    resultados obtenidos se puede concluir que fue

    un tiempo de espera adecuado. Si no se hubiera

    tomado el tiempo necesario, no se hubiera

    podido estabilizar correctamente el equipo y

    hubiera incurrido a errores personales, ya que se

    pudo observar que la altura de agua a leer

    inmediatamente despus de hacer la expansin,

    variaba mucho y despus de un tiempo prudente

    sta ya permaneca constante; sin embargo, un

    tiempo de espera prolongado podra hacer

    generado fugas de gas.

    Otra variable de importancia en el mtodo de

    expansin es la temperatura, ya que esta permite

    controlar si en verdad el proceso est

    funcionando adiabticamente o no, la cual para

    lograr los objetivos esta debera ser constante

    durante todo el proceso, de lo contrario, esta

    podra ser una razn para el error encontrado, lo

    cual depende de la rapidez de apertura y

    clausura de la vlvula de expansin por parte del

    experimentador y por tanto, esto podra generar

    un error personal.

    A pesar de que en la literatura no se encuentra

    un consenso de cual mtodo es mejor, se

    encontr que el mtodo de Clment-Dsormes

    arroja un error de +/- 5% y que el mtodo de

    oscilaciones de Kundt (velocidad del sonido) es

    preferible para su uso, sin embargo, se encuentra

    reportado tambin que el mtodo de oscilaciones

    realizado y mencionado en este documento,

    arroja un error de +/-10% , en donde se puede

    reducir el error teniendo en cuenta las contantes

    de los equipos usados en el anlisis.[2]

  • UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA Facultad de ingeniera. Departamento de ingeniera Qumica y Ambiental

    Bogot, Colombia 2014-1

    9 Laboratorio de Propiedades Termodinmicas Determinacin del coeficiente adiabtico del Aire y del Dixido de carbono A!

    7. RECOMENDACIONES

    Para el desarrollo de la experimentacin, se

    recomienda para el mtodo de oscilaciones que

    lo realice una sola persona, pero no en toda la

    prctica, ya que al hacer tan repetitiva la tarea,

    despus de un tiempo la persona se agota y no

    va a contar igual que al principio. Tambin, para

    mejorar el equipo, se podra instalar una foto

    celda (u otro dispositivo electrnico) que captara

    las oscilaciones de una mena ms exacta que el

    ojo humano y podra cronometrar al mismo

    tiempo. Por otro lado, al activar el sistema de

    aire, se recomienda hacerlo de una forma lenta,

    ya que la pequea esfera puede salir disparada

    como un proyectil y golpear a alguien o romper

    algn instrumento o equipo, as que se debe

    probar primero a un flujo muy bajo hasta que se

    alcance el flujo deseado en donde las

    oscilaciones sean constantes. Una

    recomendacin importante para el mtodo de

    expansin es la apertura y clausura de forma

    rpida para asegurar que el proceso sea

    adiabtico.

    Otra precaucin es para la manipulacin del gas

    de dixido de carbono, ya que al ser un gas 1,5

    veces ms pesado que el aire, puede quedarse

    inmerso en el ambiente si no hay una correcta

    ventilacin, de acuerdo con esto, altas

    concentraciones de dixido de carbono en el

    ambiente puede ser perjudicial, produciendo

    dolor de cabeza, trastornos respiratorios y

    malestar; y en casos ms graves, calambres,

    aros respiratorios y hasta la muerte. Sin

    embargo, segn la directiva de sustancias y

    preparados peligrosos asegura que el gas no es

    toxico. [3,][4]

    8. ANALISIS ECONOMICO

    El costo ms importante en esta experimentacin

    es el de los fluidos de trabajo, como lo es el

    dixido de carbono, el cual puede costar entre

    $50.000 a $60.000 la bala de 10 Kg de dixido de

    carbono.[3]

    9. CONCLUSIONES

    De la experimentacin se puede concluir que fue

    posible calcular el coeficiente de dilatacin

    adiabtica de los gases aire y dixido de

    carbono, en donde se encontraron valores

    comparados con la literatura, sobre todo para el

    mtodo de expansin de Clment-Dsormes.

    Tambin, se compar y analiz la precisin y

    exactitud de ambos mtodos, encontrando que el

    mtodo de expansin muestra mayor exactitud

    que el mtodo de oscilaciones y donde este

    ltimo, se incurren en su mayora a errores

    sistemticos.

    10. REFERENCIAS

    1. Van Wylen. "Fundamentos de

    Termodinamica". Segunda edicin.

    Limusa Wiley.Mexico, 2009. Pag. 854-

    855.

    2. Koehler W.F. The ratio of the specific

    heats of gases, Cp/Cv, by a Method

    of self sustained oscillations, Journal

    of Chemical Physics, Vol. 18, 465

    (1950)

    3. The Linde Group consejo de seguridad-

    trabajando con dixido de carbono

    CO2. www.abellolinde.es;

    www.lindehealthcare.co

    4. Ficha tcnica dixido de carbono.

    Messer Group.