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ME 304 Boston University IFS Mechanical Measurements Report

ME 304

Boston University

ME

Question Description

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Widener University School of Engineering ME 304: Mechanical Measurements II Experiment 3: Pressure/temperature measurements and the Ideal Gas Equation of State Introduction The ideal gas equation of state relates pressure, volume, and temperature and is valid for relatively low pressure, high temperature gases. This model assumes that the molecules are small relative to the size of the chamber and that attractive/repulsive forces between the molecules are negligible. For this situation, the relationship among pressure, temperature and volume can be expressed as: 𝑃1 𝑉1 𝑇1 = 𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡 (1) This lab utilizes a pressure vessel that is instrumented with pressure and temperature sensors and a pump to control volume. The goals of the lab are: (1) To study the temporal response of pressure vs temperature sensors in response to a step change in volume of a pressure vessel. (2) Verify the ideal gas equation of state [Equation (1)]. Experiment Equipment This lab utilizes the “Expansion of a Perfect Gas” apparatus (TD1004) by TecQuipment [shown below in Figure (1)]. The test apparatus consists of a test chamber and a vacuum chamber connected by tubing and a series of valves to control flow into/out of the chambers. The pressure and temperature sensors/gauges; digital data acquisition system; pump. Pressure vessel Vacuum vessel Data acquisition system and pump Figure 1: Photograph of Ideal Gas experimental apparatus The air in the chambers is controlled by valves; the open and closed position of each valve is shown below in Figure 2. Figure 2: Schematic of valves showing open and closed positions. Experimental Goal (1) Study the temporal response of the pressure and temperature sensors (2) Study the changes in pressure and temperature of an ideal gas at constant volume Testing and Data Analysis (1) Test the temporal response of the pressure and temperature sensors (perform 3 trials of this experiment) a. Select experiment 1 from the “Experiment” drop-down menu b. Select the pressure vessel from the “Vessel” drop-down menu c. Start the data communication (under the “Connection menu” on the top toolbar) d. Connect the pressure port on the on the control box to the pressure port on the pressure vessel (slow port) e. Close valves V1 and V2 on the grey pipe along the top of the pressure vessel; close the needle valve at the bottom of the pressure vessel f. Connect the hose from the pressure port on the pressure vessel g. Pressurize the large vessel to 30 kPa (the yellow line on the tracing records pressure) h. Connect pressure connection P1 (large vessel) to the fast input pressure port on the control box (fast port). i. Disconnect the hose from the pressure port on the pressure vessel j. Wait until the pressure and temperature on the air inside the vessel stabilizes (T 1 should match the ambient temperature, T3). k. Connect the Thermocouple T1 to the fast input T of the control box (fast port) l. Open valve V1 and quickly close it; the remaining air in the large vessel will expand m. Monitor the pressure and temperature in the large vessel until they stabilize n. Stop communications and open V1 to allow pressure to de-pressurize. (2) Study changes in pressure and temperature of an ideal gas at constant volume (perform 3 trials of this experiment) a. Select experiment 5 from the drop-down menu b. Select the pressure vessel from the “Vessel” drop-down menu c. Start the data communication (under the “Connection menu” on the top toolbar) d. Close valves V1, V2, and V3 on the grey pipe along the top of the pressure vessel; close the needle valve at the bottom of the pressure vessel and vacuum vessel. e. Connect the pressure port on the on the control box to the pressure port on the pressure vessel (slow port) f. Connect the Thermocouple T1 to control box (slow port) g. Connect the hose from the pressure port on the pressure vessel h. Pressurize the large vessel to 30 kPa (the yellow line on the tracing records pressure) i. Disconnect the hose from the pressure port on the pressure vessel j. Wait until the pressure and temperature on the air inside the vessel stabilizes (T 1 should match the ambient temperature, T3). k. Using the automatic time data capture function in VDAS ©, record data at 0.5 second intervals. l. Open valve V1 and quickly close it. m. Record the pressure and temperature in the large vessel until they stabilize. n. Export the recoded data using Excel Data Analysis (1) Test the temporal response of the pressure and temperature sensors • • Plot the temperature (T1) and pressure (P1) in the vessel vs. time on the same plot. Comment on the difference in the temporal response of the two sensors. (2) Study changes in pressure and temperature of an ideal gas at constant volume • Plot P1, T1, and P1/T1 against time and compare with the ideal gas equation References 1. TD 1004: Expansion of a Perfect Gas. User Guide. TecQuipment, 2017. 2. Cengel YA, Boles MA, Kanoglu M. Thermodynamics: An Engineering Approach. 9th edition, pp 133-134, 2019. Time Time (s) Data Series 1 0 5,4 Data Series 2 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 8,5 9 9,5 10 10,5 11 11,5 12 12,5 13 13,5 14 14,5 15 15,5 16 16,5 17 Calculations Inputs Pressure Vessel, P 1 /T 1 Pressure Vessel, T 1 Vacuum Vessel, T 2 Ambient, T 3 (kPa.°C-1) (°C) (°C) (°C) 0,37 0,37 21,6 21,6 21,2 21,2 21,5 21,5 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,41 1,36 1,18 0,93 0,60 0,32 0,21 0,19 0,21 0,22 0,23 0,27 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 20,7 20,7 20,7 18,9 18,9 18,9 17,0 17,0 17,0 15,0 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,1 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 22,0 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 17,5 18 18,5 19 19,5 20 20,5 21 21,5 22 22,5 23 23,5 24 24,5 25 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33 33,5 34 34,5 35 35,5 36 36,5 37 37,5 38 0,28 0,29 0,33 0,35 0,36 0,37 0,38 0,39 0,39 0,39 0,41 0,39 0,40 0,41 0,38 0,40 0,40 0,39 0,39 0,40 0,39 0,39 0,40 0,39 0,40 0,40 0,39 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 15,0 15,0 13,6 13,6 13,6 13,7 13,7 13,7 14,5 14,5 14,5 15,5 15,5 15,5 16,7 16,7 16,7 17,5 17,5 17,5 18,1 18,1 18,1 18,6 18,6 18,6 19,0 19,0 19,0 19,4 19,4 19,4 19,7 19,7 19,7 19,9 19,9 19,9 20,1 20,1 20,1 20,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,9 21,8 21,8 21,8 21,9 21,9 21,9 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 38,5 39 39,5 40 40,5 41 41,5 42 42,5 43 43,5 44 44,5 45 45,5 46 46,5 47 47,5 48 48,5 49 49,5 50 50,5 51 51,5 52 52,5 53 53,5 54 54,5 55 55,5 56 56,5 57 57,5 58 58,5 59 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,40 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 20,3 20,3 20,5 20,5 20,5 20,6 20,6 20,6 20,7 20,7 20,7 20,8 20,8 20,8 20,9 20,9 20,9 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0 21,0 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 59,5 60 60,5 61 61,5 62 62,5 63 63,5 64 64,5 65 65,5 66 66,5 67 67,5 68 68,5 69 69,5 70 70,5 71 71,5 72 72,5 73 73,5 74 74,5 75 75,5 76 76,5 77 77,5 78 78,5 79 79,5 80 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,41 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 80,5 81 81,5 82 82,5 83 83,5 84 84,5 85 85,5 86 86,5 87 87,5 88 88,5 89 89,5 90 90,5 91 91,5 92 92,5 93 93,5 94 94,5 95 95,5 96 96,5 97 97,5 98 98,5 99 99,5 100 100,5 101 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 0,42 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 21,8 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21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 25,5 26 26,5 27 27,5 28 28,5 29 29,5 30 30,5 31 31,5 32 32,5 33 33,5 34 34,5 35 35,5 36 36,5 37 37,5 38 38,5 39 39,5 40 40,5 41 41,5 42 42,5 43 43,5 44 44,5 45 45,5 46 0,36 0,36 0,36 0,36 0,37 0,36 0,37 0,37 0,36 0,36 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,38 0,38 0,38 0,38 19,6 19,6 19,9 19,9 19,9 20,2 20,2 20,2 20,4 20,4 20,4 20,5 20,5 20,5 20,7 20,7 20,7 20,8 20,8 20,8 20,9 20,9 20,9 20,9 20,9 20,9 21,0 21,0 21,0 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,1 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,2 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 46,5 47 47,5 48 48,5 49 49,5 50 50,5 51 51,5 52 52,5 53 53,5 54 54,5 55 55,5 56 56,5 57 57,5 58 58,5 59 59,5 60 60,5 61 61,5 62 62,5 63 63,5 64 64,5 65 65,5 66 66,5 67 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,37 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 21,2 21,2 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,3 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,5 21,5 21,5 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,6 21,7 21,7 21,7 21,7 21,7 21,7 21,8 21,8 21,8 21,9 21,9 21,9 22,0 22,0 67,5 68 68,5 69 69,5 70 70,5 71 71,5 72 72,5 73 73,5 74 74,5 75 75,5 76 76,5 77 77,5 78 78,5 79 79,5 80 80,5 81 81,5 82 82,5 83 83,5 84 84,5 85 85,5 86 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 0,38 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,5 21,4 21,4 21,4 21,4 21,4 22,0 22,0 22,0 22,0 22,1 22,1 22,1 22,3 22,3 22,3 22,4 22,4 22,4 22,5 22,5 22,5 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,6 22,5 22,5 22,5 22,5 22,5 22,5 22,4 22,4 22,4 22,4 22,4 22,4 22,4 Pressure Vessel (Gauge), P 1 Vacuum Vessel (Gauge), P 2 (kPa) (kPa) 8,1 8,1 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 30,8 29,8 24,5 19,2 12,4 6,0 4,0 3,6 3,6 3,7 3,9 4,0 Experiment Experiment Vessel 0,2 Experiment 5 Pressure Vessel 0,2 Experiment 5 Pressure Vessel 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 0,2 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment 5 Experiment ...
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Final Answer

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Lab Report

1

Ideal Gas
Student’s Name
Institution Affiliation
Date

Lab Report

2

Ideal Gas
The ideal gas equation shows the relationship that exists between volume, pressure, and
temperature. The strategy of the ideal gas equation applies to relatively low pressure under hightemperature gases. For such a case, P1V1T1=Constant estimates the connection between
temperature, volume, and pressure. This kind of model assumes that the molecules are small
relative to the size of the chamber and that attractive forces between the particles are negligible.
The general equation observes the behavio...

UT Austin

Anonymous
I was on a very tight deadline but thanks to Studypool I was able to deliver my assignment on time.

Anonymous
The tutor was pretty knowledgeable, efficient and polite. Great service!

Anonymous
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