Balance Macroscópico de Energía



PRACTICA N° 1: “BALANCE MACROSCOPICO DE ENERGIA. CALENTAMIENTO EN UN TANQUE AGITADO”

I. OBJETIVOS
-Observar experimentalmente la evolución de la temperatura de un líquido contenido en un 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.
-Comparar los valores experimentales dela temperatura del fluido del tanque con los teóricos.
II. MATERIALES Y METODOS
II.1 MATERIALES
-Equipo experimental (Baño maria)
-Vaso de precipitación Pírex
-Fluido: agua
-Termómetro
-Cronómetro
II.2 METODO
a. Llenar el baño maria con agua y fijar su temperatura.
b. Tomar nota del área del vaso de precipitación conteniendo 800g de agua
c. Introducir el vaso de precipitación al bañomaria y con un termómetro ir tomando la temperatura del fluido en el vaso para cada intervalo de tiempo de 1 minuto, así como ir tomando nota de la temperatura del baño (TB).
II.3 CÁLCULO DE UmA
a) Determinar el área de intercambio de calor (área de la camisa) y el Um del fabricante

b) Valor medio del producto


Con Tm = (To+Ti)/2

c) Determinación empírica mediante un ajustelineal de los valores experimentales usando la siguiente Ecuacion:



III. RESULTADOS Y DISCUSIONES
1.- Luego de la experimentación se obtuvieron los siguientes resultados:
Tabla N° 1: Datos experimentales

Tiempo (s)
T Liquido (°C)
T Baño (°C)
0
21.4
58.7
60
27.0
60.2
120
34.4
59.9
180
39.9
60.2
240
44.2
60.6
300
47.8
60.5
360
50.5
60.1
420
52.4
60.1
480
54.1
61.0540
55.3
60.6
600
56.2
60.5
660
56.8
60.6
720
57.4
60.8
780
57.8
60.5
840
58.2
60.9
900
58.4
60.7
960
58.5
60.8
1020
58.6
60.5
1080
58.7
60.6

2.- La variación de la temperatura del fluido contenido en el vaso con el tiempo de calentamiento se representa en la siguiente gráfica:
Gráfica N° 1: variación temperatura del fluido en el tanque (T) vs tiempo decalentamiento (t).



3.- Los valores de UmA fueron calculados de las tres formas antes mencionadas, las cuales están en la siguiente tabla:
a. Calculo (UmA)1
De






Calculando UmA tenemos:

b. Calculo (UmA)2
Usando
Dónde:

°C
Por lo tanto 2 = 0.00661
c. Calculo (UmA)3
Con este método Determinamos empíricamente mediante un ajuste lineal de los valores experimentales, obteniendo elsiguiente gráfico.
Gráfico N° 2: ln((TB-T)/(TB-To)) vs tiempo (s)


De la ecuación encontrada, la pendiente -0.0029 lo comparamos con de esta forma hallamos que 3 = 0.00969
En síntesis los valores calculados fueron:
Tabla N° 2: Valores de UmA
(UmA)1
(UmA)2
(UmA)3
0.03129
0.00661
0.00969


4.- Desarrollando la ecuación α se obtuvo que:
t)
De esta manera mediante la Ecuacionanterior, los valores de la temperatura del fluido del vaso de precipitación para los mismos experimentales, para cada uno de los tres (UmA) calculados.
Tabla N° 3: Temperaturas teóricas y experimentales del fluido contenido en el vaso de precipitación

Tiempo (s)
T Liquido (°C)
T (°C) con (UmA)1
T (°C) con (UmA)1
T (°C) con (UmA)1
0
21.4
21.40
21.40
21.40
60
27.0
38.07
25.74
27.60120
34.4
47.37
29.53
32.72
180
39.9
53.00
33.02
37.18
240
44.2
56.45
36.21
41.06
300
47.8
58.14
38.89
44.12
360
50.5
58.77
41.10
46.48
420
52.4
59.34
43.23
48.65
480
54.1
60.56
45.67
51.16
540
55.3
60.35
47.12
52.41
600
56.2
60.36
48.56
53.64
660
56.8
60.52
49.96
54.82
720
57.4
60.75
51.31
55.92
780
57.8
60.47
52.13
56.43
840
58.2
60.8853.39
57.44
900
58.4
60.69
54.06
57.81
960
58.5
60.80
54.89
58.37
1020
58.6
60.50
55.29
58.47
1080
58.7
60.60
55.96
58.89

En el grafico N° 1 observamos claramente la curva de calentamiento que sufre el agua en el vaso de precipitación agitado sometido a un baño maría a una temperatura casi constante de 60°C, este va aumentando aceleradamente hasta un punto donde la...