Balance de materia

Introducció
La llei de conservació de la energia postula que tota la energia que entra en un procés es igual a la que ix més la que es queda en el procés.
En aquesta pràctica es a planteja el balanç d’energia calorífica d’un sistema on:
m2h2-m1h1+ d(Mu)dt=q+ws
Si tenim en conter que es pren com a estat de referència l’estat líquid a la temperatura Tref is’admet que no hi ha canvi de fase, l’equació ens quedarà així:
m2 cp2 T2-Tref- m1 cp1 T1-Tref+ d[McvT - Tref]dt=q+ ws
Ara bé, hi ha casos on no entren totes les variables en joc, o be son tan menudes que les podem despreciar:
* Quan es desprecia la potencia aportada per l’agitador:
ws=0
* Quan es considera que el calor específica dels corrents i la que en cada moment té el líquiden el tanc son constants i no depenen de la temperatura ni de la pressió:
cp2=cp1=cv=cte
* Quan es considera que les densitats dels corrents i la que te en cada moment el líquid en el tanc son constants i no depenen de la temperatura:
ρ2=ρ1=ρ=cte
* Quan sabem que el volum en l’interior del tanc es constant:
Vo=V=cte
* Quan el volum de l’interior del tanc es constant, sabem que elcabal volumètric d’entrada serà el mateix q d’eixida:
QL1=QL2=QL
* Quan suposem que l’agitació es perfecta, com es el nostre cas, sabem que:
T2=T
Aleshores l’equació d’abans la podríem escriure com:
T-T1+ V0QLdTdt= qρ QLcp
On: V0QL= τ i qρQLCP=TG
τ : temps de residencia del líquid en el tanc. S’expressa en segons.
TG : màxima diferencia possible de temperatura de correntd’eixida respecte al d’entrada.
Si separem variables i integrem amb la condició que per a t = 0, T = T0:
T=TG+T1-TG+T1-T0 exp⁡-tτ
Aquesta equació ens dona la relació entre la temperatura en l’interior del tanc (T) i el temps transcorregut.
Quant arribem a l’estat estacionari:
dTdt=0
Aleshores l’equació es quedarà:
Test= TG+T1=qρ QLCP+T1

Objectius
L’objectiu d’aquesta practica es ensenyara l’alumne a comparar per a un procés de escalfament i de refredament els valors de l’evolució de la temperatura amb el temps.

Material
El material necessari per aquesta practica es un tanc adiabàtic, perfectament agitat amb sistema de calefacció per mitjà de resistències elèctriques i eixida per sistema de sobreeixidor, que mante un volum constant, i un termòmetre. El cabal es regulaper mitja d’una vàlvula, i es pot controlar amb un orifici mesurador, la seua temperatura es pot determinar per mitja d’un termòmetre. També gastarem una proveta i un cronòmetre per a medir el cabal.

Procediment experimental
1. Connectem l’agitador.
2. Fixem el cabal d’aigua un valor pròxima 14 L/h, quan ja el tenim fixat fem 5 mesures amb proveta i cronòmetre per a determinar elvalor mitjà.

11’53 s 41 mL
41mL11.53×1L1000mL×3600s1h=14.02 L/h

10.97 s 43 mL
43mL10.97×1L1000mL×3600s1h=14.11 L/h

12.13 s 49 mL
49mL12.13×1L1000mL×3600s1h=14.5 L/h

11.35 46 mL
46mL11.35×1L1000mL×3600s1h=14.6 L/h

10.56 s 41mL
41mL10.56×1L1000mL×3600s1h=13.97 L/h

La mitjana ens ix a un cabal de 14.24 L/h.

Hi ha que anar comprovant que el cabal es mante constant al llargde la practica.
3. Calculem la temperatura de l’estat estacionari:
QL = 3.96×10-6 m3/s
T1 =18ºC
q = 710W Test= qρQLCp+T1= 7101000×3.96×10-6×4180+18=60.9ºC
ρ = 1000Kg/m3
Cp = 4180
4. Connectem la resistència calefactora i al mateix temps posem el cronòmetre en marxa per a seguir l’evolució de la temperatura amb el temps. En un hora deuria haver-seaproximat a la Test.
5. Quan finalitza el procés d’escalfament, comencem amb el procés d refredament, per això desconnectem la resistència calefactora i al mateix temps posem en marxa el cronòmetre com abans i comencem a seguir l’evolució de la temperatura del tanc amb el temps. La duració d’aquest procés també serà sobre un hora.

Representació dels resultats
a) Tant per a...