Termodinamica I

Universidad Rafael Landívar

Facultad de Ingeniería

Laboratorio Termodinamica I

Sección 01

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PRÁCTICA No. 4

“H13: Flujo de calor, conveccion H14: Temperatura de una mezcla, H15: Calor especifico del agua y H16:Calor especifico de los solidos”

Saramaria Ruiz  - 1030513

Diego Marroquin - 1026413

Gabriela Pineda   - 1170611

Guatemala 07 de abril de 2016

RESUMEN

El trabajo de investigación de la Práctica No.4 del laboratorio de Termodinámica I consistía en 4 experimentos. Estos 4 eran: Flujo de calor – convección, Temperatura de una mezcla, Calor especifico del agua, Calor especifico de los sólidos (H13, H14, H15 y H16). Estos experimentos se llevaron a cabo el día viernes 11 de marzo del presente año con el objetivo de poder determinar el comportamiento de los fluidos ante variaciones de temperaturas.

El experimento H13 de Flujo de calor – convección, consistió en armar el sistema según indicaba el manual de laboratorio. Luego de colocar el tubo de convección en la varilla por medio del soporte de doble seguro, se procedió a llenarlo completamente de agua. Se encendió la fuente de calor y se colocó bajo un extremo del tubo, después de 3 minutos se esparció un poco de colorante en el líquido pudiendo observar que se crea una corriente dentro del tubo de convección.

El experimento H14 de Temperatura de una mezcla, consistió en armar el sistema según indicaba el manual de laboratorio. Se quitó el tapón de hule del calorímetro y se añadió 25mL de agua, luego se colocó el termómetro y se determinó la temperatura (T1). Se añadieron 25mL de agua al vaso de precipitados y se colocó sobre la malla de asbesto, se introdujo el termómetro dentro de este siendo sujetado por el anillo pequeño ubicado en la parte superior de la varilla. Luego se  colocó el mechero debajo del vaso de precipitados hasta que el agua llegara a 50°C (T2), se sacó el termómetro y se introdujo un poco en agua fría, luego se colocó dentro del tapón de hule. El agua del vaso de precipitados se vertió en el calorímetro y se cerró con el tapón de hule, se agita  el calorímetro y se determina la temperatura de la mezcla, quedando entre (T2 y T1).

El experimento H15 de Calor especifico del agua, consistió en armar el sistema según indicaba el manual de laboratorio. Se abrió el calorímetro y se vertió 100mL de agua, se introdujo el termómetro (T1) por el agujero del tapón de hule y se cerró. Se conectó la fuente de poder de 6V a las 2 conexiones del calorímetro. Por medio de un multímetro habilitado como amperímetro y se conecta según indica el manual. Se encendió la fuente de energía para calentar el calorímetro por 3 minutos para así tomar la (T2).

El experimento H16 de Calor especifico de los sólidos, consistió en armar el sistema según indicaba el manual de laboratorio. Se llenó con agua el matraz hasta 2/3 partes de su capacidad, se puso a hervir. Se introdujo el termómetro por el agujero del tapón de hule, se colocan 75ml de agua en el calorímetro. Se coloca el cuerpo de aluminio dentro del tubo de ensayo y se introduce en el matraz con el agua hirviendo por 5 minutos y se toma la temperatura (T1). Luego se determina la temperatura del agua en el calorímetro (T2), se saca el tubo de ensayo del matraz y se coloca el cuerpo de aluminio en el calorímetro. Se cierra con el tapón de hule teniendo el termómetro dentro de él, para así tomar la temperatura de la mezcla (T3).

FUNDAMENTOS TEORICOS

Forma de transferencia de calor: Convección:

De las tres formas existentes en cuanto a la transferencia de calor entre cuerpos a diferentes temperaturas, la convección se define como la transferencia de calor ocurrida por medio de una masa o fluido que se mueve, transportando el calor a zonas que tienen diferentes temperaturas que la del propio fluido. Los ejemplos más comunes de estos fluidos son el aire y el agua.

Cuando estos fluidos se calientan,  tienden a expandirse y separarse de la fuente de calor, y se llevan consigo parte de la energía térmica adquirida, la cual será transmitida a sus alrededores. La separación anterior ocurre porque, al calentar aire o agua, sus propiedades físicas se ven alteradas, volviéndose menos densos y produciendo un flujo de movimiento que eleva a las partículas de aire caliente por encima de las partículas frías, y provocando un flujo circular sobre el agua, donde sus partículas calientes suben, y las partículas frías descienden, causando un flujo circular proporcional a la temperatura a la que se calienta el agua.

Expresión matemática de la transferencia de calor por convección:

La transferencia de calor por convección puede cuantificarse mediante la ley de enfriamiento de Newton ligeramente modificada:

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La cual establece que la trasferencia de calor entre los cuerpos durante un diferencial de tiempo es igual al coeficiente de convección del sistema (h), multiplicado por el área del cuerpo que está en contacto con el fluido (As), y por la diferencia entre la temperatura en la superficie del cuerpo (Ts) y la temperatura del fluido sin haber actuado sobre la superficie (Tinf).

El coeficiente de convección del sistema o coeficiente de película depende de varios parámetros relacionados tanto con las propiedades del fluido como su velocidad, densidad, conductividad térmica, etc. Así como las características de la superficie en contacto como la rugosidad, su temperatura inicial, entre otros. Lo anterior ocasiona que el cálculo de este coeficiente sea bastante complejo, y se suelen utilizar tablas previamente elaboradas para todo tipo de casos especiales.

Mezclas de cuerpos a diferentes temperaturas:

Cuando dos cuerpos a diferentes temperaturas iniciales se mezclan, de manera que exista algún tipo de transferencia de calor entre ellos, forman una mezcla calorífica donde se intercambiarán el calor hasta llegar a una temperatura de equilibrio, conocida como de equilibrio térmico. Esto sucede cuando el intercambio de flujo de calor se detiene, y ambos componentes de la mezcla mantendrán la misma temperatura, cuyo valor se ubicará entre los valores de temperatura inicial de ambos componentes de la mezcla.

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