FISICA II Trabajo practico Nro.2 “Transmisión Del Calor”

FISICA II

Trabajo practico Nro.2

“Transmisión Del Calor”

Profesor: Bender Gustavo

JTP/Ayudante: Giangiobbe Alejandro Cesar

Introducción

Para la resolución de este trabajo práctico se deben tener en cuenta las formas de transmisión de calor, en este caso por convección y conducción.

La convección se efectúa cuando un cuerpo en estado fluido se pone en contacto con una superficie sólida, en este caso el agua y el vidrio, cuya temperatura es distinta a la propia, habrá un intercambio de calor que hará cambiar su estado térmico.

En este caso, se estudia la convección vidrio-agua mediante el estudio de enfriamiento de un balón de vidrio introducido en un calorímetro con agua a temperatura ambiente.

Objetivo

Determinar el coeficiente de transmisión de calor vidrio-agua mediante la convección.

Técnica experimental

1. Se determina el π del calorímetro.
2. Se pesa el calorímetro vacío.
3. Se introducen aproximadamente 1000 ml de agua dentro del calorímetro y se pesa nuevamente. Por diferencia de pesaje se halla la masa de agua agregada (ma).
4. Mediante un termómetro se mide la temperatura del agua (Ta).
5. Se llena el balón de 100 cm3 con agua hasta 0,5 cm sobre el comienzo del cuello. Se lo cierra con un tapón que sostiene un termómetro cuyo bulbo debe quedar en el centro del balón.
6. Se calienta el balón a baño maría hasta T > 95°C. Alcanzada esta temperatura, se lo retira del baño maría, se lo seca y se lo introduce dentro del calorímetro.
7. En el instante en que el balón se introduce en el calorímetro, se pone en marcha el cronometro. No debe agitarse. Se anotan las lecturas de la temperatura del balón y del calorímetro a intervalos de 30 segundos, hasta que la diferencia de ambas temperaturas sea alrededor de 2°C.
8. Se mide con calibre el diámetro D del balón. Para mayor exactitud, efectuar tres mediciones y promediarlas.

Colocamos la tabla con las temperaturas del balón y el calorímetro en los distintos instantes de tiempo, los cuales medimos en el laboratorio y con estos poder realizar un gráfico con las curvas de enfriamiento correspondiente al balón y la de calentamiento correspondiente al calorímetro.

Datos:

Masa De Agua: 971,9g

Masa Del Calorímetro: 283,1g

π: 35 g

Calor especifico del agua: 1 cal/g. °C

Espesor del balón (δ): 0,1 cm

Diámetro del balón: 6,1 cm

Temperatura Del Calorímetro: 22,1 °C

k baló: 1,05 W/M.K

Para calcular el coeficiente de transmisión, a través de la pared de vidrio tenemos en cuenta la siguiente ecuación de trasmisión:

[pic 1]

También podemos utilizar la ecuación calorimétrica:

[pic 2]

Igualando ambas ecuaciones podemos despejar λ “coeficiente de trasmisión total”

[pic 3]

Para utilizar esta ecuación determinamos el valor de dT/dt sobre la curva de calentamiento, es necesario calcular la pendiente de la recta tangente a la curva en cada punto. Dicho valor se puede obtener a partir de la tabla de mediciones de la siguiente manera:

m- = [pic 4][pic 5]

m+ = [pic 6][pic 7]

[pic 8][pic 9] (m- + m+)/2

También necesitamos determinar el valor de la diferencia (Tbalón - Tcal) Para facilitar los cálculos utilizaremos Excel:[pic 10]

En la tabla solo calculamos los valores hasta los 270 segundos, ya que luego de ese tiempo al ser la temperatura del calorímetro constante la pendiente dará como valor igual a 0.

Luego de haber determinado todos los valores que necesitábamos pasaremos a calcular el coeficiente de trasmisión total para 3 instantes de tiempo:

t=10 Seg

[pic 11]

[pic 12]

t=70 Seg

[pic 13]

[pic 14]

t=210 Seg

[pic 15]

[pic 16]

Como en este cuerpo se trasmite calor por conducción y convección simultáneamente y aparte el calor se trasmite a través de una pared de caras paralelas y planas, podemos utilizar la siguiente ecuación:

...