1 UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201015 – TERMODINAMICA UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO VIRTUAL 1 201015 – TERMODINÁMICA DAVID ORLANDO PAEZ MELO Director Nacional BOGOTA 2015
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UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA – UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA GUIA COMPONENTE PRÁCTICO DEL CURSO: 201015 – TERMODINAMICA
UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA
ESCUELA DE CIENCIAS BASICAS TECNOLOGIA E INGENIERIA
GUÍA COMPONENTE PRÁCTICO VIRTUAL 1
201015 – TERMODINÁMICA
DAVID ORLANDO PAEZ MELO
Director Nacional
BOGOTA
2015
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2. ASPECTOS DE PROPIEDAD INTELECTUAL Y
VERSIONAMIENTO
La presente Guía fue diseñado por el Msc. David O. Páez, docente de la UNAD, y
ubicado en el CEAD de Barranquilla, actualmente se desempeña como tutor
Ocasional de la UNAD.
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5. CARACTERÍSTICAS GENERALES
Introducción
La termodinámica es una ciencia que se apoya en otras ciencias como la matemática y la mecánica estadística principalmente y trata de describir todos los procesos que ocurren en la naturaleza, desde el equilibrio de fases que puede existir en tu organismo hasta las explicaciones del origen del universo. Sirve para poder diseñar reactores, columnas de destilación, intercambiadores de calor, torres de absorción, en fin casi cualquier equipo industrial de modo que sirvan para lo que se les diseña y no sean más grandes de lo que deban ser. Sirve para estudiar el petróleo, los polímeros, las reacciones químicas. Para las turbinas de los aviones y de las plantas generadoras de electricidad, entre otras cosas. En tal sentido, el presente protocolo esta diseñado para servir como referencia a los eventos prácticos- virtuales del curso Termodinámica de la Universidad Nacional Abierta y a Distancia, Escuela de ciencias básicas, tecnología e ingeniería, Unidad de ciencias básicas. El documento presenta tres prácticas de laboratorio- en la modalidad virtual, especialmente propuestas para complementar el avance teórico del curso. El contenido de cada una de ellas fue seleccionado, teniendo en cuenta el tiempo y las competencias metodológicas complementarias a las actividades y contenido teórico del curso. Cada práctica debe conducir a un producto que se verá plasmado en un informe, el cual servirá como referencia para determinar hasta que punto se logro avanzar en el desarrollo de los objetivos.
,
Justificación Es requisito para los estudiantes de Ingenierías de Alimentos, Industrial,
Regencia de Farmacia, Agronomía y afines y Zootecnia y afines que
están cursando el curso de Termodinámica
Intencionalid
ades
formativas
PROPÓSITOS:
Que el estudiante se apropie de habilidades de análisis y observación a
través del desarrollo de actividades y experiencias desde la simulación
computacional sobre los diferentes conceptos de la Termodinámica
Que el estudiante pueda relacionar, evidenciar y demostrar algunos de
los conceptos teóricos en probelmas reales o cercanos a la realidad
mediante la simulación
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OBJETIVOS:
Aplicar los conocimientos adquiridos en el curso de termodinámica en
problemas prácticos simulados por aplicaciones web y software
especializado
Entender los conceptos de trabajo, calor, energía, caracterización
termodinámica de sistemas, ciclos termodinámicos y eficiencia.
METAS:
Desarrollará habilidades numéricas y cognoscitivas para el entendimiento
de las leyes termodinámicas y su aplicación en la ingeniería
Aplicará los conceptos teóricos adquiridos en el curso a problemas reales
simulados computacionalmente.
COMPETENCIAS:
Los estudiantes analizan, simulan, comprueban y dan solución
adecuada a problemas de interés disciplinar relacionado con la
termodinámica clásica para el desarrollo de habilidades de
pensamiento y destrezas instrumentales que puedan ser aplicadas
en el ejercicio de su profesión, su campo de interés y la vida diaria.
El estudiante reconoce la experimentación y el método científico
como herramientas válidas dentro del proceso de construcción de
nuevo conocimiento.
Denominació
n de
practicas
Práctica uno: Ley cero de la termodinámica/ análisis dimensional/
Conversiones, contexto de la termodinámica
Practica dos: ley de charles, trasformación isoterma, calorimetría,
total 14% del curso equivalente a 65 puntos de 500
Curso
Evaluado por
proyecto SI_X__ NO__
Seguridad No aplica
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industrial
DESCRIPCIÓN DE PRÁCTICAS
PRACTICA No. 2 – LEY DE CHARLES, TRASFORMACIÓN ISOTERMA,
CALORIMETRÍA, TRANSFORMACIONES TERMODINÁMICAS
Tipo de practica
Presencial Autodirigida Remota x
Otra ¿Cuál
Porcentaje de evaluación
Horas de la practica
Temáticas de la práctica Calorimetría, Ley de charles, trasformación isoterma, transformaciones termodinámicas.
Intencionalidades
formativas
PROPÓSITO
Fortalecer los conceptos desarrollados en el curso de termodinámica, específicamente los que involucran transferencia de energía en forma de calor, ley de gases ideales, ley de charles y trabajo (temáticas abordadas en la unidad 2 del curso)
OBJETIVOS
Comprender y aplicar los fundamentos de la
calorimetría.
Entender el concepto de trabajo y energía de la
primera ley de la termodinámica
Aplicar modelos matemáticos como le ley de
gases ideales para describir comportamientos
naturales
META
• Presentar y sustentar un informe en pequeños grupos colaborativos, donde se evidencia la
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participación individual y refleje el estudio y análisis de la práctica, organizando, sistematizando y discutiendo los resultados de laboratorio virtual, y su Contraste con las teorías o leyes específicas. • Evidenciar en casos prácticos a través de la simulación la aplicabilidad y alcance de las leyes que describen fenómenos termodinámicos COMPETENCIA • El estudiante describe y analiza de manera suficiente los conceptos termodinámicos como calor sensible, calor latente, proceso adiabático. • El estudiante comunica los conocimientos adquiridos a sus compañeros y en general a la comunidad académica, con un producto final escrito y sometido a evaluación • El estudiante describe áreas o campos de acción en los cuáles puede transferir los conocimientos adquiridos.
Fundamentación Teórica
REVISAR UNIDAD 2 DEL CURSO Y SU MATERIAL COMPLEMENTARIO
Descripción de la práctica.
Esta práctica se dividirá en cuatro partes
En la primera el estudiante deberá calcular el calor entregado por dos sistemas
que interactúan hasta alcanzar un equilibrio térmico
En la segunda el estudiante deberá obtener perfiles de cómo cambia el volumen
de un gas contenido en un sistema cuando la temperatura cambia
En la tercera parte calculará el trabajo que realiza un gas contenido en un sistema
cilindro pistón a temperatura constante
En la última parte calculará el trabajo que realiza un gas ideal en condiciones
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adiabáticas, isocóricas, isobáricas e isotérmicas
Recursos a utilizar en la práctica (Equipos / instrumentos)
-Computador con conexión a la red
-Se recomienda el empleo del explorador Chrome o Mozilla
Software a utilizar en la práctica u otro tipo de requerimiento para el desarrollo de la
práctica
Para la primer parte el estudiante debe ingresar al link
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1. Seleccionar la sustancia A y configurar una masa de 70 gramos
2. Ajustar la temperatura a 20°C
3. Para el agua configurar 185 gramos y una temperatura de 40 °C
4. En seguida oprimir el botón comenzar
5. Reportar la temperatura inicial y final del sistema
6. Repetir el procedimiento con las sustancias B,C,D,E y F
SEGUNDA PARTE
Ingresar al link http://www.educaplus.org/play-118-Ley-de-Charles.htmL y realizar
las siguientes configuraciones
1. Registrar el volumen inicial del sistema
2. Mover la barra inferior (que ajusta la temperatura) a 208.15 K
3. Obtener la gráfica que arroja el aplicativo
4. Registrar el volumen final
5. Repetir el proceso, esta vez moviendo la barra inferior a 348.15
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TERCERA PARTE
Ingresar al link http://www.educaplus.org/play-171-Transformaci%C3%B3n-
isoterma.html y realizar las siguientes configuraciones
1. Moviendo el embolo con el mouse, ajuste la presión a 6.0x106 pascales
2. Reporte el volumen final y el trabajo final
3. Hacer clic en reiniciar y repetir el procedimiento si la presión se ajusta a
20.2x106 pascales
CUARTA PARTE
Ingresar al link http://www.educaplus.org/play-138-Transformaciones-
termodin%C3%A1micas.html y realizar las siguientes configuraciones
1. Hacer clic sobre el botón isobara y registrar la tabla
2. Hacer clic sobre el botón adiabática y registrar los datos de la tabla
3. Hacer clic sobre el botón isoterma y registrar los datos de la tabla
4. Hacer clic sobre el botón isocora y registrar los datos de la tabla
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Sistema de Evaluación
Se evaluará por lo menos
Informe. Revisar (según rúbrica)
Se deja a discreción del tutor hacer una evaluación escrita sobre la temática de la
práctica.
Informe o productos a entregar
Se debe entregar un informe de laboratorio tipo artículo (de acuerdo a las instrucciones de
los anexos) sobre los ejercicios resueltos. Adicionalmente se debe responder estas
preguntas en la sección de análisis de resultados
Primera parte
1. Determine el calor especifico de las sustancias A,B,C,D,E y F
2. Suponga que tiene 60 gramos de B y que su temperatura inicial es de 22°C, para
el agua tiene 200 gramos y su temperatura inicial es de 34°C con la información
del numeral anterior determinar teóricamente la temperatura final del sistema
3. Con el aplicativo realizar la configuración del numeral 2 y comparar
4. Qué puede concluir sobre el calor especifico?
Segunda parte
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1. ¿Qué dice la Ley de Charles?
2. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 298.15 K a
208.15 K
3. Reporte el volumen inicial y final cuando la temperatura cambia de 208.15 K a
348.15 K
4. Adjunte las gráficas obtenidas
5. Si la presión es de 1 atm calcule los moles de aire si a 298,15 K hay un volumen
de 26 cm3
Tercera parte
1. Adjunte las gráficas obtenidas para las dos configuraciones
2. En una tabla reporte la información solicitada para las dos configuraciones
(volumen final y trabajo realizado)
3. Derive el modelo matemático para encontrar el trabajo del sistema asumiendo gas
ideal y temperatura constante
4. Con el modelo matemático establezca el trabajo realizado por un mol de gas a 300
K que pasa de 1x10-3 m3 a 0.5x10-3 m3
5. Realizar la configuración del ítem 4 en la aplicación y comparar
Cuarta parte
1. Que significa isocora, isoterma, isobara y adiabático
2. Suponiendo un gas ideal y un mol de aire derive las expresiones para calcular el
trabajo en condiciones isotérmicas, isobáricas y adiabaticas
3. Empleando las formulas del numeral dos, calcule el trabajo en condiciones de P
constante cuando el volumen cambia de 1x10-3 m3 a 0.12x10-3 m3 comparar con la
información del aplicativo
Rúbrica de evaluación
Ítem Valoración baja Valoración media Valoración alta Puntaje Máximo
1. Objetivos No presenta
objetivos (0)
Presenta algunos objetivos
(0,8)
Presenta todos los objetivos
(1,5) (2,0)
2. Teoría No presenta Presenta parte de los Presenta los (3,0)
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(Resumen, o mapa conceptual)
teoría
(0)
conceptos
(1,5)
suficientes conceptos para
realizar el informe (3,0)
3. Procedimiento (diagrama de
flujo)
No presenta el procedimiento
para cada una de las partes de la
práctica (0)
Presenta el procedimiento para
algunas de las partes (1,0)
Presenta el procedimiento para
cada una de las partes. (2,0)
(2,0)
4. Diagramas o Gráficos
No presenta gráficos
(0)
Solo presenta gráficos incompletos o
sin ceñirse a las instrucciones
(1.5)
Presenta los gráficos, de
acuerdo a las instrucciones
(2,0)
(2,0)
5. Cuestionarios o respuestas a las
experiencias
No responde (0)
Resolvió parcialmente o de forma incorrecta
(2,5)
Resolvió en su totalidad y
correctamente (5,0)
(5,0)
6. Conclusiones.
No presenta conclusiones o
están mal elaboradas
(0)
Presenta solamente algunas conclusiones
(1.5)
Presenta las conclusiones
correspondientes a los objetivos (3,0)
(3,0)
7. Referencias No presenta referencias
(0)
Presenta solamente una o dos referencias
(1,0)
Presenta las referencias
suficientes para un buen informe (2,0)
(2,0)
8. Presentación Desorden,
Mala ortografía y redacción (0)
Buena
presentación (3,0) (3,0)
TOTAL
22
Retroalimentación.
Dada por el tutor a los 10 días después de entregado.
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ANEXO 2
GUÍA PARA LA PRESENTACIÓN INFORME DE LABORATORIO
Los informes de laboratorio tienen como objetivo principal comunicar los
resultados de un estudio experimental a otras personas.. En el caso del laboratorio
de química, el estudiante debe demostrar que ha hecho la conexión entre los
conceptos aprendidos en el curso y la aplicación que ha realizado en el
laboratorio. Para que el informe tenga un estilo y apariencia atractivos que invite a
leerlo utilice estilos y tamaños de letra apropiados, márgenes adecuados, use
espacio y medio entre líneas.
El Informe de Laboratorio debe poseer como mínimo las siguientes secciones:
• Portada: La portada debe contener, Nombre de la Institución, Nombre del
curso, Prácticas realizadas, Número de Grupo de Laboratorio, Número de grupo
colaborativo (de laboratorio, no del aula), nombres de los integrantes del grupo
colaborativo (de laboratorio, no del aula), Tutor del curso, fecha de realizado el
experimento, fecha de entrega del informe, Ciudad donde realizó la práctica.
Cada práctica debe contener:
• Número y Nombre de la práctica
• Objetivos – En dos o tres oraciones se explica los objetivos del experimento.
Es importante presentar claramente los objetivos ya que como parte de la
conclusión se debe discutir si éstos se alcanzaron.
• Marco teórico – En esta sección se presenta de manera ordenada y
coherente aquellos conceptos fundamentales necesarios para entender los
fundamentos del experimento realizado. Esta sección debe incluir las ecuaciones
que se van a utilizar y una explicación de cómo se utiliza la data colectada en el
experimento para hacer los cálculos de las propiedades que se van a determinar.
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• Procedimiento – En esta sección se describe el equipo utilizado y el
procedimiento, el procedimiento debe ser lo suficientemente claro como para que
otro estudiante pueda usarlo de guía para realizar el experimento (es aconsejable
utilizar un diagrama de flujo para describirlo).
Recuerde incluir “los cambios de última hora”. Y mencionan precauciones
particulares para ese experimento.
• Datos Experimentales – En esta sección se presentan de forma organizada
los datos obtenidos en el laboratorio, sin haberles hecho ningún tipo de conversión
o cálculo. Puede utilizar el formato de presentación que crea más apropiado. Es
importante utilizar el número correcto de cifras significativas en cada valor
reportado así como su incertidumbre (ejemplo, la masa de una pastilla de ácido
benzoico medida en una balanza analítica podría ser 1.009 ±0.001). El número
de cifras significativas dependerá de la precisión del instrumento utilizado para
hacer las medidas. Recuerde que las cifras significativas incluyen un último dígito
incierto.
• Ejemplos de Cálculos – En esta sección incluya un ejemplo de todos los
cálculos utilizando uno de sus conjuntos de datos. Incluya las unidades en todos
los valores numéricos.
• Resultados – Presente los resultados en el orden en que fueron calculados y
obtenidos, de manera organizada. Por lo general se utilizan tablas cuando los
cálculos son repetitivos para una o más variables independientes. Todas las tablas
y figuras deben tener un número de referencia, ejemplo. Figura 1, Tabla I, etc.
• Gráficas – Todas las gráficas deben tener un título completo que describa lo
que se presenta en la misma incluyendo el sistema (ejemplo, determinación de la
densidad del plomo (calculado de la relación masa vs volumen). Los ejes de las
gráficas deben estar rotulados incluyendo la propiedad y las unidades utilizadas
(ejemplo, Temperatura (K)). Debe seleccionarse la escala de los ejes de manera
que la gráfica presentada (línea o curva) cubra la mayor parte del espacio.
• Tablas – Las tablas son muy útiles para presentar grandes cantidades de
datos o resultados, especialmente cuando los resultados guardan una relación
entre sí. Por ejemplo, si a un líquido puro se le mide la masa y el volumen en
múltiples ocasiones y con estos valores se calcula la densidad, entonces es
conveniente presentar todos estos resultados en una misma tabla. Recuerde que
todas las tablas deben tener un título y un número. Debe especificarse en la parte
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superior de las columnas la cantidad que se está tabulando, las unidades y la
incertidumbre de los valores tabulados.
• Análisis y discusión de resultados – La discusión es la parte más
importante del Informe de Laboratorio ya que en ella el estudiante demuestra que
tiene dominio del experimento realizado y de los principios en los cuales éste está
basado (Por ejemplo La discusión debe centrarse en una explicación del
comportamiento observado para el sistema estudiado utilizando como fundamento
para estas explicaciones la determinación del volumen en sólidos irregulares por
desplazamiento de un líquido). En la discusión no sólo se analizan los resultados
sino que se discute las implicaciones de los mismos. Se pueden utilizar en la
discusión comparaciones con sistemas similares como una manera de validar los
resultados observados. En el caso de que se estudien dos o más sistemas, se
debe discutir las razones para las diferencias o similitudes observadas. Es
importante además discutir las limitaciones del diseño del experimento y la
propagación de error en las ecuaciones utilizadas. Haga siempre una búsqueda de
valores reportados en la literatura para compararlos con los valores obtenidos en
el experimento. Sin embargo recuerde que los valores de la literatura son el
resultado de otros experimentos y no deben tomarse como verdaderos. Por lo
tanto, calcule y reporte un por ciento de diferencia y no un por ciento de error.
Debe presentar en la sesión de referencias la fuente de donde obtuvo los valores
teóricos.
• Cuestionarios. Responder las preguntas de los cuestionarios que se
incluyen el la práctica
• Conclusión – En esta sección se resumen brevemente los aspectos más
importantes de los objetivos del experimento. Además se discute brevemente la
importancia del experimento.
• Referencias – Debe incluir todas las referencias utilizadas y citadas a través
del informe. Existen muchos estilos para citar referencias utilizar el mismo estilo
en todo el informe (sea consistente). Un estilo usado frecuentemente es el estilo
de la A.P.A. (Amerincan Psychological Association) sobre el cual puede obtener
información en el siguiente enlace: http://www.capitalemocional.com/apa.htm.
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2. Algunas normas para la redacción del informe (2)
Un pensamiento debidamente elaborado,
abre la puerta a una expresión también
debidamente elaborada.
Al ser el medio escrito una forma de comunicación dentro del ambiente científico,
es necesario que el estudiante se entrene en su redacción. El informe de
laboratorio no es una carga adicional al trabajo experimental, él es una
comprobación de su dominio del tema, su conocimiento sobre el desarrollo del
trabajo y de su capacidad selectiva y organizativa.
Debe cuidar su claridad, precisión y concisión, respetando las normas del idioma
español. Debe buscar que su escrito tenga mérito científico y literario.
Para facilitar esa redacción se le sugiere tener en cuenta las siguientes
recomendaciones:
a) Tenga en cuenta los objetivos previstos y escriba las principales ideas en la
forma en que vayan apareciendo y deje espacios en blanco para concretar
aspectos, reforzar ideas o ampliar información.
b) Escriba siempre en tercera persona y elimine los pronombres personales
cuando quiera indicar sus propios aportes.
c) Verifique permanentemente los tiempos de los verbos; como se trata del
reporte de un trabajo ya realizado, éstos deben estar en tiempo pasado.
d) En las descripciones se debe escudriñar y detallar la estructura misma de
los hechos y objetivos para dejarlos en forma clara y precisa, eliminando lo
vano y metafórico, haciendo uso adecuado de las palabras y evitando el
exceso de las mismas dentro de un mismo párrafo empleando los
sinónimos adecuados.
e) La claridad que se tenga sobre el material que escribe permite la correcta
comprensión e interpretación del mensaje por parte del lector. Un escrito
ininteligible indica un pensamiento confuso e imperfecto y con profundos
vacíos conceptuales por parte de quien lo escribe.
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f) Al escribir tenga en cuenta a su lector, no crea que él lo sabe todo o es un
neófito en el tema; déle los elementos necesarios para que lo pueda
comprender e interpretar, como usted desea que el entiendan su escrito.
Seleccione adecuadamente el material y sea equilibrado en el empleo del
lenguaje técnico; entregue un mensaje completo y coherente en cada una
de sus partes y entre ellas.
g) Organice el material en forma sistemática, secuencial y que mantenga la
coherencia interna (relaciones entre frases, entre párrafos y entre los de
análisis y los que contienen las conclusiones). Permita a su lector le siga
mentalmente en la forma como obtuvo sus resultados (cuáles fueron los
supuestos teóricos usados, qué métodos empleó para su comprobación,
qué resultados obtuvo, cómo los evaluó, cómo resolvió el problema, cómo
se pueden aplicar a otros problemas semejantes).
Referencia Bibliográfica
1. Cruz, Astri J. Preparación de informes de laboratório. Departamento de
Química, Recinto Universitario de Mayagüez. Universidad de Puerto Rico