1A Ley De La Termodinámica Y Calor.

FUNDAMENTOS DE CALOR Y FLUIDOS MEC-119
MG. RODRIGO LEIVA D.

Informe - Estática y Dinámica de fluidos
Cristina Salgado, Camila Villanueva
Universidad Técnica Federico Santa María
Departamento de Ingeniería Mecánica
Diciembre 3, 2010

Resumen: En este trabajo se midió experimentalmente, a través de un intercambiador de calor de contacto indirecto (dispositivo cilíndrico diseñado paratransferir calor entre dos medios, que en este caso, están separados por una “barrera o superficie”) las distintas temperaturas del agua fría y caliente que entraba y salía del sistema, en tiempos de 1 [min].
El objetivo es presentar los intercambiadores de calor como dispositivos que permiten remover calor de un punto a otro de manera específica en una determinada aplicación y así comprobar la“Primera ley de la Termodinámica”

1 Introducción a la teoría

La Primera Ley de la Termodinámica o Conservación de la Energía establece que el calor transferido entre ambos flujos se puede describir por un balance de entalpía en una representación ideal donde no se consideran pérdidas de calor y ésta sólo describe el calor que será transferido, para el caso donde se conocen los flujos
másicos ylas temperaturas de operación.
magua caliente*Cc (T1 − T2) =magua fría*Cf (t2 − t1)

Donde:
* m: masa [gr]
* Cc: constante del calorímetro [cal/°C] del agual caliente.
* Cc: constante del calorímetro [cal/°C] del agual fría.
* T y t : temperatura agua caliente y agua fría respectivamente [°C]
* Los subíndices 1 y 2 se refieren a entrada o salida del intercambiador,respectivamente
Obteniendo finalmente:

Qc-Qf=0

Tubo
interior

Para ésta experiencia se consideró el recipiente de los tubos del agua como un sistema cerrado, sin intervención del medio exterior.

1.- La primera parte del experimento ocurre por Flujo Paralelo, donde el agua que circula por ambos tubos (tubo interior agua caliente y tubo exterior agua fría) están paralelos entre sí, yvan en la misma dirección.
2.- El segundo, por Flujo Cruzado, se presenta un cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección pero en sentido opuesto.

Con la diferencia de Temperatura de entrada y salida de ambos fluidos se podrá obtener la diferencia de Temperatura Media Logaritmica de la siguiente forma:

∆TML=∆Te-∆Tsln⁡(∆Te-∆Ts)

Obteniendo otra ecuación para la Tranferencia deCalor:

Q=U*At*∆TML

Donde:
Q: tiempo Transferencia de calor [W]
U:Coeficiente de transferencia de calor global
At: Área de superficien de la tranferencia de calor [m²]
∆TML: Diferencia de temperatura media logarítmica [°C]

2 Procedimiento experimental
Al ingresar al laboratorio se midieron las condiciones iniciales del lugar a trabajar y éstas fueron:

-Presión absoluta: 761 mmHg-Humedad relativa: 59 %
-T°: 21°C

Para la realización de ésta experiencia se utilizaron los si
guientes instrumentos que se mostrarán y nombrarán a
continuación.

Equipo Técnico:

1. Baño Termostático,
(Circulating Bath)

Características para Flujo Paralelo
- modelo MP-10C
-Power: 2000 W
-Rango: -10 a 100 °C
-Voltaje: 220 V 50 Hz
-Fluctuación T°: +- 2°C

Característicaspara Flujo Cruzado
-modelo MP-5H
-Power: 1000 W
-Rango: 5 - 100 °C
-Voltaje: 220 V 50 Hz
-Fluctuación T°: +- 0.°C

2. Disipador de calor

3. Termómetro ,marca Brannan, Rango entre -10 a 120 °C, resolución de centésima de grado



4. Caja contenedora de Tubos concentricos, con plimavit en el interior como aislante .

5. Rotámetro Rota
Rango: 0-100 [ml], Resolución 1[ml]

6. Vaso milimetrado marca PYREX

7. Agua

Observaciones previas
• En flujo paralelo, la temperatura de salida de fluido frío, no puede ser mayor a la temperatura de salida del flujo caliente.
• En contra flujo la temperatura de salida del frío puede ser mayor o igual que el de salida caliente pero no ocurre en forma contraria ya que ahí no habría intercambio de calor...