Ley De Enfriamiento
Páginas: 5 (1172 palabras)
Publicado: 9 de mayo de 2012
Introducción
El presente informe mostrará la aplicación de la Ley de enfriamiento de Newton considerando un cuerpo caliente que se enfría por convección natural, es decir, la transferencia de calor por medio de fluidos, entre zonas de diferentes temperaturas.
Según esta ley, la cantidad de calor que el cuerpo pierde por unidad de tiempo es proporcional a la diferencia entre la temperaturadel mismo y la temperatura del ambiente que lo rodea. Es decir:
dQ/dt = -h.(T-Ta)
Donde h representa una constante de proporcionalidad que depende de la forma y tipo de superficie que se enfría. Si se considera que el calor específico es constante en el intervalo de temperaturas y que la capacidad calorífica de las latas a utilizar en la experiencia es despreciable frente a la del líquido quecontienen, se toma la siguiente relación:
dQ = ml .Ce.dT
Siendo ml la masa del líquido y Ce su correspondiente calor especifico. Suponiendo que la temperatura es uniforme en todo el líquido y reemplazando, se llega a:
ml.Ce.dT/dt = -h.A.(T-Ta)
Donde A es el área de transferencia de calor del sistema. Integrando esta ecuación resulta:
[pic]
Siendo To la temperatura inicial delsistema considerado y Ta la temperatura ambiente.
Utilizando esta ultima ecuación, se calculará el valor del Ce de la glicerina conociendo previamente el Ce del agua (4,180 KJ/K.Kg) y el comportamiento de las curvas que definen el enfriamiento de los fluidos respecto del tiempo.
Resumen
La perdida de calor de un sistema es proporcional a la diferencia de temperatura entre estey el ambiente que lo rodea. En la experiencia se comprueba esta ley por enfriamiento de agua y glicerina, y se aplica para conocer la cantidad de calor que es necesario entregar a una unidad de masa de glicerina para aumentar su temperatura en una unidad definida. Esta última característica se define como Calor Especifico (Ce) de una sustancia, y se logra calcularlo, tomando un patrón dereferencia como lo es en el caso del presente trabajo, el Ce del Agua.
Procedimiento experimental
La experiencia consta en evaluar el enfriamiento del agua y la glicerina respecto del tiempo, para eso se siguen los siguientes pasos:
a) Se mide la temperatura ambiente con una termocupla.
b) Utilizando una balanza, se toma el peso delatas de gaseosa vacías.
c) Se calienta, utilizando un mechero, suficiente glicerina y agua. Hasta una temperatura de 90ºC aproximadamente.
d) Se vuelca el agua y la glicerina caliente en dos latas diferentes, que deben estar dispuestas sobre base de telgopor o cartón.
e) Se cubren las latas con las tapas de telgopor y se introducen las termocuplas en ellas de forma que quedenen el seno del líquido.
f) Se deja enfriar libremente las latas, sin perturbar el ambiente alrededor, deteniendo la experiencia cuando la temperatura haya disminuido cerca de 15ºC.
g) Finalmente, se pesan las latas llenas con los respectivos líquidos.
Presentación de datos.
En base a los datos tomados por el programa DataStudio sobre la variaciónde la temperatura a lo largo del tiempo se obtuvieron los siguientes gráficos teóricos:
[pic]
En este gráfico se puede observar las tendencias de enfriamiento de la glicerina y la del agua (los puntos rojos pertenecen a la glicerina y los azules al agua), los puntos verdes pertenecen a la curva de la temperatura ambiente.
Datos:
Masa de lata: 11,9 gr ± 0,1 grMasa de agua: 175,2 gr ± 0,1 gr
Diámetro de lata: 5,215 cm ± 0,009 cm Altura del agua: 7,855 cm ± 0,005 cm
Ceagua= 4,180 Kj/K.Kg
Masa de glicerina: 221,2 gr ± 0,1 gr Altura de glicerina: 7,920 cm ± 0,005 cm
Análisis de Datos
A continuación se grafica: Log (T0 -Ta) vs Tiempo. Donde T0 pertenece a las temperaturas tomadas de las respectivas sustancias y...
El presente informe mostrará la aplicación de la Ley de enfriamiento de Newton considerando un cuerpo caliente que se enfría por convección natural, es decir, la transferencia de calor por medio de fluidos, entre zonas de diferentes temperaturas.
Según esta ley, la cantidad de calor que el cuerpo pierde por unidad de tiempo es proporcional a la diferencia entre la temperaturadel mismo y la temperatura del ambiente que lo rodea. Es decir:
dQ/dt = -h.(T-Ta)
Donde h representa una constante de proporcionalidad que depende de la forma y tipo de superficie que se enfría. Si se considera que el calor específico es constante en el intervalo de temperaturas y que la capacidad calorífica de las latas a utilizar en la experiencia es despreciable frente a la del líquido quecontienen, se toma la siguiente relación:
dQ = ml .Ce.dT
Siendo ml la masa del líquido y Ce su correspondiente calor especifico. Suponiendo que la temperatura es uniforme en todo el líquido y reemplazando, se llega a:
ml.Ce.dT/dt = -h.A.(T-Ta)
Donde A es el área de transferencia de calor del sistema. Integrando esta ecuación resulta:
[pic]
Siendo To la temperatura inicial delsistema considerado y Ta la temperatura ambiente.
Utilizando esta ultima ecuación, se calculará el valor del Ce de la glicerina conociendo previamente el Ce del agua (4,180 KJ/K.Kg) y el comportamiento de las curvas que definen el enfriamiento de los fluidos respecto del tiempo.
Resumen
La perdida de calor de un sistema es proporcional a la diferencia de temperatura entre estey el ambiente que lo rodea. En la experiencia se comprueba esta ley por enfriamiento de agua y glicerina, y se aplica para conocer la cantidad de calor que es necesario entregar a una unidad de masa de glicerina para aumentar su temperatura en una unidad definida. Esta última característica se define como Calor Especifico (Ce) de una sustancia, y se logra calcularlo, tomando un patrón dereferencia como lo es en el caso del presente trabajo, el Ce del Agua.
Procedimiento experimental
La experiencia consta en evaluar el enfriamiento del agua y la glicerina respecto del tiempo, para eso se siguen los siguientes pasos:
a) Se mide la temperatura ambiente con una termocupla.
b) Utilizando una balanza, se toma el peso delatas de gaseosa vacías.
c) Se calienta, utilizando un mechero, suficiente glicerina y agua. Hasta una temperatura de 90ºC aproximadamente.
d) Se vuelca el agua y la glicerina caliente en dos latas diferentes, que deben estar dispuestas sobre base de telgopor o cartón.
e) Se cubren las latas con las tapas de telgopor y se introducen las termocuplas en ellas de forma que quedenen el seno del líquido.
f) Se deja enfriar libremente las latas, sin perturbar el ambiente alrededor, deteniendo la experiencia cuando la temperatura haya disminuido cerca de 15ºC.
g) Finalmente, se pesan las latas llenas con los respectivos líquidos.
Presentación de datos.
En base a los datos tomados por el programa DataStudio sobre la variaciónde la temperatura a lo largo del tiempo se obtuvieron los siguientes gráficos teóricos:
[pic]
En este gráfico se puede observar las tendencias de enfriamiento de la glicerina y la del agua (los puntos rojos pertenecen a la glicerina y los azules al agua), los puntos verdes pertenecen a la curva de la temperatura ambiente.
Datos:
Masa de lata: 11,9 gr ± 0,1 grMasa de agua: 175,2 gr ± 0,1 gr
Diámetro de lata: 5,215 cm ± 0,009 cm Altura del agua: 7,855 cm ± 0,005 cm
Ceagua= 4,180 Kj/K.Kg
Masa de glicerina: 221,2 gr ± 0,1 gr Altura de glicerina: 7,920 cm ± 0,005 cm
Análisis de Datos
A continuación se grafica: Log (T0 -Ta) vs Tiempo. Donde T0 pertenece a las temperaturas tomadas de las respectivas sustancias y...
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