Balance macroscopico de energía

INFORME PRÁCTICA: BALANCE MACROSCÓPICO DE ENERGÍA: CALENTAMIENTO DE UN TANQUE AGITADO^[a][pic 1]

Castrillón Martinez Juan David (1922017), Revelo Rosero Juan Pablo (1930825),

Estudiantes de ingeniería de alimentos. Facultad de Ingeniería.

Programa de Ingeniería de alimentos. Universidad del Valle- Sede Melendez.

Cali - Colombia. Mayo 6 del 2022

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INTRODUCCIÓN

La termodinámica se define como la ciencia que estudia la energía. Todos tienen alguna idea cuando se menciona la energía, sin embargo, no de forma exacta; la energía es la capacidad de generar cambios. El principio de la conservación de energía es una de las leyes de la naturaleza más esenciales^[b]. Esta relata que durante una interacción, la energía puede cambiar de una forma a otra pero su cantidad total permanece constante. Es decir, la energía no se crea ni se destruye (Çengel & Boles, 2011). Los balances de materia y energía tienen un papel fundamental dentro de los procedimientos industriales, ya que son la contabilidad de entradas y salidas de materiales y energía dentro de un proceso. Son de gran importancia para el diseño del tamaño de la tecnología empleada y calcular costos. Si la planta funciona, los balances proveerán información sobre la eficiencia, costo y elaboración de los procesos (Monsalvo Vázquez, 2014)

OBJETIVOS

• Observar experimentalmente la evolución de la temperatura del fluido contenido en el tanque con el tiempo de calentamiento.
• Determinar el valor medio para el producto (UA), y calcular el valor del coeficiente global de transferencia de calor U.

MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales:

• Marmita
• Agua
• Termómetros

Metodología

Se tiene un tanque agitado encamisado que utiliza vapor como medio de calentamiento, la agitación asegura que la temperatura en el tanque es la misma en todo instante. Inicialmente se llenó este baño termostático con agua y se midió su profundidad, se tomaron las medidas del tanque y se inició con la agitación, posteriormente se tomaron las presión^[c], las temperaturas del fluido en el tanque y las temperaturas de salida del fluido de calentamiento cada 15 segundos.

Para calcular el valor del producto (UmA) se tuvieron en cuenta 3 métodos:

• MÉTODO 1

Cómo la transferencia de calor se ocurrió ^[d]a través del área lateral del tanque se calculó el área de la misma y se multiplicó por el valor de teórico del Um , el cual fue suministrado por el laboratorio con un valor de ^[e][pic 2]

          Ec. ^[f]1[pic 3]

Donde r es el radio interno de la marmita y h es la altura del fluido en el tanque

Ec 2.[pic 4]

• MÉTODO 2

Para este método se tuvo en cuenta la siguiente igualdad:

     Ec 3.[pic 5][pic 6]

Donde: T es la temperatura del fluido en el tanque, TB es la temperatura del fluido de calentamiento, T0 temperatura inicial en el tanque, U coeficiente global de transferencia de calor, A área de intercambio, m masa de fluido contenido en el tanque, Cp calor específico del fluido en el tanque, t el tiempo,  [pic 7]

• MÉTODO 3

En este método se realizó la Determinación empírica mediante un ajuste lineal de la siguiente forma:

     Ec 4.[pic 8][pic 9]

Donde: T es la temperatura del fluido en el tanque, TB es la temperatura del fluido de calentamiento, T0 temperatura inicial en el tanque, U coeficiente global de transferencia de calor, A área de intercambio, m masa de fluido contenido en el tanque, Cp calor específico del fluido en el tanque, t el tiempo.

• TEMPERATURAS TEÓRICAS

Para obtener los valores de la temperatura del fluido en el tanque en función de los tres (UmA) calculados, se tuvo en cuenta la siguiente fórmula:

 ()         Ec 5.[pic 10][pic 11]

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Tabla 1. Datos generales

En la tabla 2. Se muestran los valores obtenidos para el tiempo, la temperatura del fluido en el tanque, la presión obtenida y la temperatura de saturación correspondiente para dicha presión.

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