Practica Calorimetria ESIQIE

7/24/2019 Practica Calorimetria ESIQIE

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PRACTICA #2

[CONDUCCIN DE CALOR EN UNA BARRA CILINDRICA CONPERDIDAS DE CALOR]

0 Equipo 5

PRACTICA

#2

INSTITUTO POLITCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERA QUMICA EINDUSTRIAS EXTRACTIVAS

ACADEMIA DE OPERACIONES UNITARIAS

LABORATORIO DE FUNDAMENTOS DE FENMENOS DE

TRANSPORTE

Profesora:ELIZABETH SNCHEZ HERNNDEZ

GRUPO:2IM31/2IM34

EQUIPO:5

SECCIN:2

ALUMNO:ESPINOSA HIPLITO KEVIN DANIEL

GARCA MARTNEZ CHRISTIAN ROEL

LUJNVZQUEZ ROBERTO ANTONIO

RAMREZ AYN ADANELY

Miriam Bethel Valdez De Gante

CONDUCCIO N DE

CALOR EN UNA

BARRA CILINDRICA

CON PERDIDAS DE

CALOR


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PRACTICA #2


1 Equipo 5

Consideraciones Tericas:

Calor es la energa en transito debido a una diferencia de temperaturas, por lo que

siempre que exista una diferencia de temperaturas en un cuerpo o entre cuerpos, debe

ocurrir una transferencia de calor.

El calor se transfiere mediante conveccin, radiacin o conduccin. Aunque estos tres

procesos pueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos

predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de

una casa fundamentalmente por conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un

quemador de gas se calienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del

Sol casi exclusivamente por radiacin.

Cuando existe un gradiente de temperatura en un medio en reposo (que puede ser un

slido o un fluido) utilizamos el trmino conduccin para referirnos a la transferencia de

calor que se producir a travs del medio. En cambio, el trmino conveccin se refiere ala transferencia de calor que ocurrir entre una superficie y un fluido en movimiento

cuando estn a diferentes temperaturas. El tercer modo de transferencia de calor se

denomina radiacin trmica. Todas las superficies con temperatura finita emiten energa

en forma de ondas electromagnticas. Por tanto, en ausencia de un medio, existe una

transferencia neta de calor por radiacin entre dos superficies a diferentes temperaturas.

Conduccin: La conduccin se considera como la transferencia de energa de las

partculas mas energticas a las menos energticas de una sustancia debido a las

interacciones entre las mismas. En los slidos, la nica forma de transferencia de calor es

la conduccin. Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su

temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin. No se

comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccin de calor en los slidos,pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan

energa cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teora explica por qu los

buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos conductores del calor.

Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en trminos de las

ecuaciones o modelos apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la


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PRACTICA #2


2 Equipo 5

cantidad de energa que se transfiere por unidad de tiempo. Para la conduccin de calor,

la ecuacin o modelo se conoce como ley de Fourier.

El flujo de calor o transferencia de calor por unidad de rea ()es la velocidadcon que se transfiere el calor en la direccin x por rea unitaria perpendicular a la

direccin de transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura, en estadireccin. La constante de proporcionalidad k, es una propiedad de transporte conocida

como conductividad trmica (W/m*k) y es una caracterstica del material de la pared.

Conveccin: Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas,

es casi seguro que se producir un movimiento del fluido. Este movimiento del fluido

puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, su densidad suele

disminuir. Si el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido mas caliente ymenos denso asciende, mientras que el fluido ms fro y ms denso desciende. Este tipo

de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se

denomina conveccin natural. La conveccin forzada se logra sometiendo el fluido a un

gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la

mecnica de fluidos. El modo de transferencia de calor por conveccin se compone de

dos mecanismos. Adems de la transferencia de energa debida al movimiento molecular

aleatorio (difusin o conduccin), la energa tambin se transfiere mediante el movimiento

global, o macroscpico del fluido.

Radiacin:La radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccin y

la conveccin: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino

que pueden estar separadas por un vaco. La radiacin es un trmino que se aplica

genricamente a toda clase de fenmenos relacionados con ondas electromagnticas.


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PRACTICA #2


3 Equipo 5

La radiacin trmica es la energa emitida por la materia que se encuentra a una

temperatura finita. La energa del campo de radiacin es transportada por ondas

electromagnticas. Mientras la transferencia de energa por conduccin o por conveccin

requiere la presencia de un medio material, la radiacin no lo precisa. De hecho, la

transferencia de radiacin ocurre de manera ms eficiente en el vaco.

Adems los procesos de transmisin de calor que aumentan o disminuyen las

temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisin de calor tambin puede producir

cambios de fase, como la fusin del hielo o la ebullicin del agua. En ingeniera, los

procesos de transferencia de calor suelen disearse de forma que aprovechen estos

fenmenos.

Conductividad Trmica: El uso de la ley de Fourier hace obligatorio el conocimiento de

la conductividad trmica. Esta propiedad, a la que se hace referencia como propiedad de

transporte, proporciona una indicacin de la velocidad a la que se transfiere energa

mediante el proceso de conduccin, y depende de la estructura fsica de la materia,atmica y molecular, que se relaciona con el estado de la materia. Esto quiere decir que

se ve reflejado en el hecho de que los solidos son mejores conductores de calor que los

lquidos, y estos que los gases.

Objetivo General:

Al trmino de la prctica, el alumno ser capaz de identificar y medir la transferencia de

calor, a travs de un cuerpo solido.

Objetivo Especficos:

1. El alumno realizar, el balance de calor total a travs de una varilla slida de

bronce.

2. El alumno, determinar la cantidad de calor que se transfiere a travs del cuerpo

slido aplicando la ley de Fourier.

3. El alumno determinar la cantidad de calor perdido hacia los alrededores,

mediante el clculo del coeficiente de transmisin de calor.

4. El alumno identificara, cuando se le alcanza el estado estacionario de

transferencia de calor, mediante un perfil de temperaturas.


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PRACTICA #2


4 Equipo 5

Diagrama de Bloques

1. Explicacin del equipo ynodos en la varilla.

2. Ubicacin de la fuente.

3. Se enciende el equipo.4 Tener a la mano uncronmetro para realizar

lecturas de lastemperaturas.

5. Se lleva a 7 Volts e I=0.27 A

6. Se enciende elcronmetro y en 5 min.

transcurridos se toma laslecturas de las

temperaturas de T1 a T9.

7. Para observar la estabilizacion delas temperaturas se sigue tomandolas temp. en 10, 15, 20, 25 y 30 min.Con este voltaje se ha encontrado

estabilizacin de las temperaturas encada nodo entre 30 y 35 min. Con un

error 0.1-0.2

8. Se obtiene la estabilizacion yse subraya las temperaturaspermanentes en el ltimo

tiempo. Estas temperaturas setomarn para el balance de

energia.


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PRACTICA #2


5 Equipo 5

9. Encontrada laestabilizacin de las

temperaturas en cada

nodo en seguida se realizala segunda prueba.

10. Se lleva a 7.6 volts e

I=0.29 A

11. Y nuevamente seprocede con el punto 4.

12. Se toman lecturas de 5,10, 15, 20, 25, 30, 35 min.

Con este voltaje se haencontrado en un intervalode tiempo de 35 a 40 min.

13. Se procede el punto 8.14. Obtencin de grficas

de estabilizacin detemperaturas y tiempo.

15. Obtencin de grficasde temperaturas en cada

tiempo contra longitud dela barra rgimen

permanente.

16. Balance de calor encada nodo obteniendo elcalor conducido y perdido

con respecto al calor inicial.


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PRACTICA #2


6 Equipo 5

Clculos

Datos experimentales

V= 7 voltsI= 0.27 Ampers

Qi= 1.89 Kcal/h

k= 104 Kcal/h m

D= 0.01 m

L= 0.35m

pi= 3.141592654

At= 7.85398E-05m

As= 0.010995574m

Qxini= 24064.2274

Tabla de datos experimentales

Tpar x (m) t t t t t t t t t t t

1 0 21 29.7 33.1 35.1 36.3 37.2 37.8 38.3 38.6 38.8 38.9

2 0.05 20.9 25.9 28.7 30.4 31.4 32.2 32.7 33.1 33.3 33.5 33.6

3 0.1 20.9 23.5 25.8 27.2 28.1 28.7 29.2 29.5 29.7 29.9 29.9

4 0.15 21 22.5 24.2 25.3 26.1 26.7 27.2 27.5 27.6 27.8 27.8

5 0.2 21.1 21.9 23.1 24.1 24.7 25.3 25.7 25.9 26.1 26.2 26.2

6 0.25 21 21.5 22.3 23.1 23.7 24.2 24.6 24.8 25 25.1 25.1

7 0.3 21 21.4 22 22.7 23.2 23.7 24 24.3 24.4 24.5 24.6

8 0.35 20.8 21.1 21.6 22.2 22.8 23.2 23.6 23.8 23.9 24 24.1

9 ------------- 20.9 21.1 21.1 21.2 21.2 21.2 21.3 21.3 21.4 21.4 21.5

tiempo 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50


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PRACTICA #2


7 Equipo 5

Diferencia de temperaturas

Flux de calor en cada nodo

dx dt dt dt dt dt dt dt dt dt dt

0.05 -3.8 -4.4 -4.7 -4.9 -5 -5.1 -5.2 -5.3 -5.3 -5.3

0.05 -2.4 -2.9 -3.2 -3.3 -3.5 -3.5 -3.6 -3.6 -3.6 -3.7

0.05 -1 -1.6 -1.9 -2 -2 -2 -2 -2.1 -2.1 -2.1

0.05 -0.6 -1.1 -1.2 -1.4 -1.4 -1.5 -1.6 -1.5 -1.6 -1.6

0.05 -0.4 -0.8 -1 -1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1 -1.1

0.05 -0.1 -0.3 -0.4 -0.5 -0.5 -0.6 -0.5 -0.6 -0.6 -0.5

0.05 -0.3 -0.4 -0.5 -0.4 -0.5 -0.4 -0.5 -0.5 -0.5 -0.5

0 -0.5 -1 -1.6 -2 -2.3 -2.5 -2.5 -2.6 -2.6

Tpar q5 q10 q15 q20 q25 q30 q35 q40 q45 q50

1 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274 24064.2274

2 7904 9152 9776 10192 10400 10608 10816 11024 11024 11024

3 4992 6032 6656 6864 7280 7280 7488 7488 7488 7696

4 2080 3328 3952 4160 4160 4160 4160 4368 4368 4368

5 1248 2288 2496 2912 2912 3120 3328 3120 3328 3328

6 832 1664 2080 2080 2288 2288 2288 2288 2288 2288

7 208 624 832 1040 1040 1248 1040 1248 1248 1040

8 624 832 1040 832 1040 832 1040 1040 1040 1040


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PRACTICA #2


8 Equipo 5

Flujo de calor en cada nodo

Calor perdido en cada nodo

Tpar QX5 QX10 QX15 QX20 QX25 QX30 QX35 QX40 QX45 QX50

0 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1.89 1

2 0.62077871 0.7187964 0.76780524 0.80047781 0.81681409 0.83315037 0.84948665 0.86582294 0.86582294 0.86582

3 0.39207076 0.47375217 0.52276102 0.5390973 0.57176986 0.57176986 0.58810614 0.58810614 0.58810614 0.60444

4 0.16336282 0.26138051 0.31038935 0.32672564 0.32672564 0.32672564 0.32672564 0.34306192 0.34306192 0.34306

5 0.09801769 0.1796991 0.19603538 0.22870795 0.22870795 0.24504423 0.26138051 0.24504423 0.26138051 0.261386 0.06534513 0.13069025 0.16336282 0.16336282 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796991 0.1796

7 0.01633628 0.04900885 0.06534513 0.08168141 0.08168141 0.09801769 0.08168141 0.09801769 0.09801769 0.08168

8 0.04900885 0.06534513 0.08168141 0.06534513 0.08168141 0.06534513 0.08168141 0.08168141 0.08168141 0.08168

Tpar Qp5 QP10 QP15 QP20 QP25 QP30 QP35 QP40 QP45 QP50 T-T

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ---

2 1.26922129 1.1712036 1.12219476 1.08952219 1.07318591 1.05684963 1.04051335 1.02417706 1.02417706 1.02417706 12

3 1.49792924 1.41624783 1.36723898 1.3509027 1.31823014 1.31823014 1.30189386 1.30189386 1.30189386 1.28555757 9

4 1.72663718 1.62861949 1.57961065 1.56327436 1.56327436 1.56327436 1.56327436 1.54693808 1.54693808 1.54693808 6.8

5 1.79198231 1.7103009 1.69396462 1.66129205 1.66129205 1.64495577 1.62861949 1.64495577 1.62861949 1.62861949 5.

6 1.82465487 1.75930975 1.72663718 1.72663718 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 1.7103009 4.

7 1.87366372 1.84099115 1.82465487 1.80831859 1.80831859 1.79198231 1.80831859 1.79198231 1.79198231 1.80831859 3.

8 1.84099115 1.82465487 1.80831859 1.82465487 1.80831859 1.82465487 1.80831859 1.80831859 1.80831859 1.80831859 3.


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PRACTICA #2


9 Equipo 5

Graficas

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

Calor perdido

Calor por conduccion

0

5

10

15

20

25

3035

40

45

0 10 20 30 40 50 60

TEMPERATURAC

TIEMPO (min)

Estabilizacin

Tpar1

Tpar2

Tpar3

Tpar4

Tpar5

Tpar6

Tpar7

Tpar8

Tpar9


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PRACTICA #2


10 Equipo 5

05

10

15

20

25

30

35

40

45

0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4

TEMPERATURAC

LONGITUD (cm)

Regimen permanente

5min

10min

15min

20min

25min

30min

35min

40min45min

50min

y = -0.0844x + 2.0826

0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

1.2

1.4

1.6

1.8

2

0 2 4 6 8 10 12 14

m=As h

m=As h

Linear (m=As h)

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