Volumenes de control

SUMARIO

En esta práctica se intentará demostrar la primera ley de la termodinámica para un volumen de control para un flujo permanente. Aquí se considerará un volumen de control el cual será atravesado por dos corrientes de agua independientes entre sí, pero que interactuarán térmicamente entre sí.

Se podrá observar entonces que la energía que entra al volumen de control es igual a laenergía que sale cuando este esta en un estado estable. Se verá también que si se invierte el sentido del flujo de uno de estos fluidos, entonces la diferencia de las temperaturas de salida y de entrada será mayor que si ambos fluidos corren en el mismo sentido.

Por último también se calcularán los valores teóricos de la temperatura de salida del fluido que sale por el tubo externo, paracontrastarlo con la experimental que se obtendrá de la computadora.

INTRODUCCIÓN TEÓRICA

Todo sistema termodinámico cualquiera que esté en un sistema termodinámico cualquiera, siempre posee una energía total E. Esta energía total E, para todos los casos, es igual a la suma de la energía cinética del sistema Ec, la energía potencial Ep causada por campos de fuerzas externas y la energía interna U. Engeneral se estableció la siguiente ecuación:

E = Ec + Ep + U

Esta expresión se ve reducida si en un proceso termodinámico la energía cinética (de las partes macroscópicas) es despreciable (el cuerpo no se está moviendo o su velocidad inicial es igual a la final) y también si la energía potencial a la entrada de un sistema es igual a la de salida, este cambio será cero. Por lo que laexpresión antes mencionada se reduce a la siguiente:

E = U

Esta energía interna de un cuerpo sólo depende del estado termodinámico del cuerpo o sistema que se está analizando. Esta también incluye la energía de todos los movimientos internos del sistema y las interacciones de todas sus partículas.

Pero esta cantidad de energía interna, refiriéndonos a un volumen de control, puede cambiar, sieste sistema interactúa con el medio ambiente. Esto lo logra por diferentes formas: con el trabajo W, el calor Q y el flujo de masa m. Si se toma la idealización de que la energía mecánica permanece constante, el cambio de energía para un volumen de control se puede expresar del a siguiente manera:

[pic]
DATOS

EQUIPO:

- Intercambiador de calor
- 4 termocuplas
- 2 medidoresde flujo
- Sistema de adquisición de datos
- 2 bombas de agua
- 1 caldera

PROCEDIMIENTO:

Primero se ajustar las válvulas de manera que los flujos de ambos tubos se encontraran en el mismo sentido. Se enciende el sistema de adquisición de datos y se observan los valores de temperatura que se muestran en la pantalla las cuales presentan siempre una pequeña diferencia por lo quese tomará una de las 4 temperaturas como base y a partir de las otras se calculará la diferencia entre ellas para establecer la diferencia entre estas y la temperatura base para poder modificar las siguientes mediciones.

Se conectan las bombas y se regula el flujo a 10 GPH para ambos tubos. Se enciende la caldera y se ajusta a 40 V. Este proceso se repite pero para un flujo interno de 5 GPHmanteniendo el externo a 10 GPH.

Se apaga la caldera y se cambia el sentido del flujo externo para que queden en sentido contrario. Se enciende de nuevo la caldera a 40 V. Se repite el proceso anterior, primero para 10 GPH en ambos tubos y luego para 5 GPH en el tubo interno y 10 GPH en el externo.

Los datos que se obtuvieron fueron los siguientes (flujos en GPH y temperaturas en °C):Para flujos en el mismo sentido:

|Temp. de entrada del |Temp. de salida del |Flujo del tubo |Temp. de entrada del |Temp. de salida del |Flujo del tubo |
|tubo interno |tubo interno |interno |tubo externo |tubo externo |externo |
|43.5 °C |39.4°C |10 gph |30.8°C |35.3°C...