Este documento describe un experimento para determinar el tipo de máquina correspondiente a un ciclo termodinámico realizado con aire en un recipiente de vidrio. Se registraron datos experimentales de presión, volumen y temperatura durante compresión y expansión del aire. Luego, usando la primera ley de la termodinámica, se calculó el trabajo, calor y variaciones de energía de cada proceso y del ciclo completo, determinando que corresponde a una máquina térmica debido a que el trabajo del ciclo es negativo.

1. INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE
INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS
EXTRACTIVAS
DEPARTAMENTO DE
FORMACIÓN BÁSICA
LABORATORIO DE
TERMODINÁMICA BÁSICA
PRÁCTICA 8:
“Primera ley de la
termodinámica en la
determinación del tipo
de máquina que
corresponde a un
ciclo”
EQUIPO: 7
PROFESOR:
FECHA:
INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL
ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E
INDUSTRIAS EXTRACTIVAS DEPARTAMENTO DE
FORMACIÓN BÁSICA
LABORATORIO DE TERMODINÁMICA BÁSICA
PRÁCTICA 8

2. PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN LA
DETERMINACIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA QUE
CORRESPONDE A UN CICLO
OBJETIVOS:
A partir de datos de alturas manométricas, temperatura ambiente,
altura barométrica y volúmenes obtenidos experimentalmente por el
estudiante en el equipo Clamen Desormes, calcular los valores
de presión, volumen y temperatura de cada estado para trazar la
gráfica del ciclo, calcular los valores de las variaciones de energía de
cada proceso y del ciclo de acuerdo con la primera ley de la
termodinámica y determinar el tipo de máquina.
FUNDAMENTACIÓN TEÓRICA.
Un ciclo termodinámico está formado por una serie de procesos
sucesivos, en el que, mediante el último proceso, el sistema regresa
a las condiciones iniciales.
Un ciclo termodinámico puede corresponder a una máquina térmica o
a una máquina frigorífica. Una máquina térmica es aquella que recibe
calor y realiza trabajo. Una máquina frigorífica es la recibe trabajo y
transfiere calor de una zona de baja temperatura a otra zona con
temperatura más alta. Para tener los valores P, V, T de cada estado
se parte de los que ya se conocen, calculando los que no se saben
con las ecuaciones de los gases ideales y las de los procesos ya
identificados. Ya con toda la información anterior se puede calcular la
variación de energía interna, la variación de entalpía, el trabajo y el
calor para cada proceso.
La suma de la variación de energía interna de cada proceso
proporciona la variación para el ciclo y lo mismo ocurre si sumamos las
variaciones de entalpía, obtenemos la del ciclo, igualmente la suma de
los valores de trabajo de los procesos nos da el trabajo del ciclo y la
suma de los calores, el calor del ciclo. En la suma de las energías hay
que tener en cuenta los signos que tengan.
La variación de la energía interna y la variación de entalpía de un
ciclo termodinámico constituido por procesos reversibles son CERO.
Los valores de trabajo y calor son iguales, pero de signo contrario. Un
trabajo del ciclo positivo indica que corresponde a una máquina
frigorífica, mientras que un valor negativo del trabajo indica que se
trata de una máquina térmica.
DESARROLLO EXPERIMENTAL.

3. Material, equipo y sustancias.
Equipo: Aparato de expansión y comprensión de gases, que consta de:
1 Recipiente de vidrio pyrex de paredes gruesas con capacidad de 20.5 L.
1 Manómetro en “U” con mercurio.
1 Tapón de hule del número 12 con tres orificios.
2 tramos de tubo de látex de 50 cm.
1 termómetro graduado en ºC.
1 regla de 30 cm.
Aire, aire comprimido y corriente eléctrica.
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Procedimiento.
1.- Mover lentamente la manija azul (AIR) hasta
un ángulo aproximado de 45°. (se debe escuchar
la salida de aire a presión).
2.- Tapar con el dedo pulgar el orificio del tapón
que no tiene conexión. (Sujetar con ambas
manos todo el tapón, para evitar que se bote
por la presión).
3.- Cuando la diferencia de
alturas en las
columnas del manómetro
esté entre 12 y 14 cm,
cerrar la manija azul y
tomar el dato (h1).
4.- Destapar el orificio,
cuando las columnas de
mercurio se crucen por
primera vez, taparlo
nuevamente.
5.- Esperar a que las
columnas de mercurio se
estabilicen y tomar el dato
(h3).
6.- Registrar la temperatura ambiente.
TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

4. Altura
de Hg
(h1) en
cm
Altura de
Hg (h3)
en (cm)
Temperatura
ambiente
(tamb) en (ºC)
Altura
barom
(hbarom)
(cm deHg)
Volumen
del recipiente
de vidrio (V)
en (L)
11.8 3.8 27 58.5 20.5
Interpretación del experimento.
El aire que contiene el recipiente es el sistema. Al introducir aire al
recipiente por medio del compresor, el aire que tenía el recipiente
ocupa un volumen menor (V1), este volumen es el estado inicial del
ciclo en el que la presión es (P1) y es mayor que la atmosférica,
encontrándose a (t1) que es la ambiente. Cuando destapas el
recipiente, una cantidad de aire igual a la que entró por medio del
compresor sale y el sistema se expande de (V1) hasta ocupar otra
vez todo el volumen del recipiente (V2), disminuyendo la presión (P2)
al valor de la atmosférica y en la expansión el aire se enfría hasta un
valor (T2). Como el recipiente no está aislado térmicamente, se lleva
a cabo una transferencia de calor de los alrededores al sistema hasta
que la temperatura sea otra vez la ambiente (t3), en este proceso
el volumen permanece constante, V3 = V2 y como la temperatura
aumenta, también la presión se incrementa a un valor (P3), que es
mayor que la atmosférica pero menor que la (P1). Como el proceso
de 1 a 2 tanto la presión como el volumen y la temperatura cambian,
el proceso es una expansión politrópica.
Ya que en el proceso de 2 a 3 el volumen permanece constante y la
temperatura aumenta, se tiene un proceso que es un calentamiento
isocórico.
Y como la temperatura (t3) es la misma que la inicial se puede cerrar
el ciclo de 3 a 1 con un proceso que es una compresión isotérmica.

5. 1.- Mover lentamente la manija azul (AIR) hasta un ángulo aproximado
de 45°. (se debe escuchar la salida de aire a presión).
DIAGRAMA DE BLOQUES
PRIMERA LEY DE LA TERMODINÁMICA EN LA
DETERMINACIÓN DEL TIPO DE MÁQUINA QUE
CORRESPONDE A UN CICLO
2.-Tapar con el dedo pulgar el orificio del tapón que no tiene conexión.
3.- Cuando la diferencia de alturas en las columnas del manómetro esté
entre 12 y 14 cm, cerrar la manija azul y tomar el dato (h1).
4.- Destapar el orificio, cuando las columnas de mercurio se crucen por
primera vez, taparlo nuevamente.
5.- Esperar a que las columnas de mercurio se estabilicen y tomar el
dato (h3).
6.- Registrar la temperatura ambiente.

6. 𝟖𝟐𝟒𝟐𝟗.𝟔𝟓𝟗𝟐
𝟖𝟐𝟒𝟐𝟗.𝟔𝟓𝟗𝟐
𝟎.𝟏𝟖𝟏 𝟑𝟎𝟎
𝟑𝟎𝟎
𝟐𝟖𝟏.𝟖𝟒
𝟕𝟕𝟒𝟎𝟏.𝟖𝟕.𝟖𝟏𝟐𝟐
𝒏 = 𝟎.𝟔𝟕𝟒𝟔𝑴𝒐𝒍
𝜹 = 𝟏.𝟒𝟕𝟓𝟕

7. 18L
18.5L
18.9L
L
19.3L
L
19.7L
20.1L
90.062.0392Pa
87263.4484Pa
84607.7478Pa
82084.8947Pa
79685.74437Pa
18L
18.5L
18.9L
18.5L
19.7L
20,1L
91003.9023Pa
89.077.4044Pa
87231.2905Pa
85460.0448Pa
83769.3504Pa
82429.6592
𝟕𝟕𝟒𝟎𝟏.𝟖𝟕.𝟖𝟏𝟐𝟐
82429.6592
82429.6592

8. TABLA DE RESULTADOS.
Completa la siguiente tabla y obtén las sumas correspondientes para obtener los valores del
ciclo.
Proceso U (J) H (J) W (J) Q (J)
Politrópico (1-2) -256.7347 -359.4286J 215.8795J -472.6138J
Isocórico (2-3) 256.7347J 359.4286J 0 256.7347J
Isotérmico (3-1) 0J 0J 209.6086J 209,6086J
ciclo 0J 0J 425,4881J -425.4877J

15. ANÁLISIS DE DATOS, GRÁFICAS Y RESULTADOS.
1.- ¿Son correctos los valores de ciclo y de ciclo? ¿Por qué?
R=Si porque los procesos politrópicos se encuentran de forma positiva y en el
proceso isocórico están de forma negativa.
2.- ¿Qué signo tiene el W ciclo?
R= Negativo
3.- ¿Qué tipo de máquina es de acuerdo con el signo del trabajo del ciclo?
R= Máquina térmica
4.- ¿Qué tipo de máquina resulta de acuerdo con el diagrama P-V del ciclo? ¿Es
congruente con la pregunta número 3?
R= Una máquina térmica porque está dando calor y sufren transformaciones a
consecuencia de la presión y el volumen
5.- ¿Se cumplió el objetivo de la práctica? ¿Por qué?
R= Si porque se lograron calcular los valores de presión, temperatura y volumen y
se pudieron expresar en la gráfica, para todos los procesos

16. Conclusiones
Un ciclo termodinámico es aquel que está conformado por una serie de procesos
con los cuales un sistema puede regresar a sus condiciones iniciales.
La diferencia entre una máquina térmica y una frigorífica es que la primera recibe
calor y realiza el trabajo, mientras que la segunda recibe trabajo y transfiere el calor
de una zona de baja temperatura a una de una temperatura más elevada.
Para poder conocer los valores P, V y T de cada estado se ocupan las ecuaciones
conocidas para los gases ideales y las de procesos ya identificados.
En esta ocasión nos tuvimos que basar sólo con la parte teórica para llevar a cabo
los cálculos necesarios y poder llegar a un resultado.
Gracias a esto supimos los datos correctos para los diferentes ciclos que se nos fue
solicitado (politrópico, isocórico e isotérmico)
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS.
1.- Física. Conceptos y aplicaciones. Tippens, Paul E. Editorial Mc Graw Hill.
Sexta edición.
2.- Termodinámica. Van Ness H. C. y Abbott M. M. Editorial Mc. Graw Hill.
Elaborado por: Ing. Alberto Mijares Rodríguez.
Ing. Saraid Cerecedo Gallegos.
Revisado por:Ing. Verónica Calvillo Ortega.