Aplicación de la ley de enfriamiento de newton

APLICACIÓN DE LA LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON

Por Patricio Javier Balarezo - Andres

Facultad de Ciencia e Ingeniería en Alimentos, Universidad Técnica de Ambato
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Ambato – Ecuador

Palabras clave

RESUMEN
Mediante la experimentación estudiamos la variación detemperatura de un cuerpo que se enfría hasta alcanzar la temperatura del medio circundante.
Analizamos los resultados usando métodos matematicos, en el marco de la ley de enfriamiento de Newton.

INTRODUCCIÓN
Cuando un cuerpo se enfría en un medio a temperatura constante e inferior, el proceso térmico que se da es complejo y la pérdida de energía que origina el enfriamiento es una difícil superposiciónde fenómenos de radiación, convección y conducción.
En cualquier caso, tal proceso de enfriamiento se produce debido a una transferencia energética del cuerpo al ambiente originada por la diferencia de temperaturas entre ambos y cuya velocidad depende del gradiente de
temperatura entre el cuerpo y el ambiente.

Esto fue estudiado por Newton y se conoce en la literatura como la ley delenfriamiento de Newton (Palacios, 1958; Catalh, 1961; Tipler, 1994).
No hemos encontrado más referencias explícitas a dicha ley. El proceso de enfriamiento de un cuerpo se obvía en la mayoría de los textos consultados y se tratan, con generalidad y mayor o menor detalle, los de conducción, convección y radiación, haciendo referencia a la ley de Fourier en los casos de convección y conducción enregímenes estacionarios, es decir, cuando las temperaturas entre las que se transfiere energía, se mantienen constantes.
 La transferencia de calor está relacionada con los cuerpos calientes y fríos llamados; fuente y receptor, llevándose a cabo en procesos como condensación, vaporización, cristalización, reacciones químicas, etc. en donde la transferencia de calor, tiene sus propios mecanismos  y cadauno de ellos cuenta con sus  peculiaridades. La transferencia de calor es importante en los procesos, porque es un tipo de energía que se encuentra en transito, debido a una diferencia de temperaturas (gradiente), y por tanto existe la posibilidad de presentarse el enfriamiento, sin embargo esta energía en lugar de perderse sin ningún uso es susceptible de transformarse en energía mecánica porejemplo; para producir trabajo, generar vapor, calentar una corriente fría, etc. En virtud de lo anterior es importante hacer una introducción al conocimiento de los procesos de transferencia de calor a través de la determinación experimental de la ecuación empírica que relaciona la temperatura de enfriamiento de una cantidad de sustancia con respecto al medio.
Experimentalmente se puede demostrar ybajo ciertas condiciones obtener una buena aproximación a la temperatura de una sustancia usando la Ley de Enfriamiento de Newton. Esta  puede enunciarse de la siguiente manera: La temperatura de un cuerpo cambia a una velocidad que es proporcional a la diferencia de las temperaturas entre el medio externo y el cuerpo. Suponiendo que la constante de proporcionalidad es la misma ya sea que latemperatura aumente o disminuya, entonces la

ecuación diferencial de la ley de enfriamiento es:

(1) | |
 
Donde:
    T = Temperatura de un cuerpo
                  t = tiempo
          Tm = Temperatura del medio ambiente
   

El propósito (como lo describimos en el informe de avance) es analizar el comportamiento-
to del enfriamiento de un cuerpo en el tiempo.

MATERIALES YMÉTODOS
Preparar de manera simultanea doce cilindros de hielo de aproximadamente 0.15 [m] de alto por 0.04 [m] de diámetro, mediante congelación durante un mínimo de dos días, en moldes llenos con agua previstos de tapones de caucho en los extremos, y atravesados por un alambre que servirá para mantener suspendida la muestra.
En tres estufas de dimensiones interiores conocidas y estabilizadas a...