Transferencia Térmica

Actividad experimental: Transferencia térmica

Objetivo general

El alumno conocerá cual es la transferencia de calor que se puede presentar, asi como también la caída de temperatura mediante una capa de agua o una capa de hielo alrededor

Objetivos específicos

1. Describir los mecanismos de transferencia de calor presentes en los equipos de uso común en la industria química.
2. Calcular los coeficientes globales e individuales de transferencia de calor a partir de correlaciones apropiadas.
3. Conocer la caída de temperatura con capas que lo cubran

Generalidades

La Ingeniería Térmica trata de los procesos de transferencia de calor y la metodología para calcular la velocidad temporal con que éstos se producen y así poder diseñar los componentes y sistemas en los que son de aplicación. La transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar la metodología que conduzca al diseño térmico de los sistemas correspondientes.

La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura más baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la Termodinámica.

Conducción del Calor

La conducción es la transferencia de calor, por medio de la excitación molecular en el interior del material, sin ningún tipo de movimiento entre los objetos. Si un extremo de una barra de metal está a una temperatura más alta, entonces se transferirá energía hacia el extremo más frío, debido a las colisiones de partículas de alta velocidad con las más lentas, produciéndose una transferencia neta de energía hacia estas últimas. En una transferencia entre dos superficies planas, como la pérdida de calor a través de las paredes de una casa, la tasa de transferencia de calor por conducción es:

[pic 1]

Donde:

Q= Calor transferido en el tiempo

K= conductividad térmica de la barrera

A= Área

T= Temperatura

D= Grosor de la barrera

Convección del Calor

La convección es la transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua. Cuando estos se calientan se mueven hacia fuera de la fuente de calor, transportando consigo la energía. La convección por encima de una superficie caliente ocurre porque, cuando se calienta el aire en contacto con la superficie, se expande, se hace menos denso, y se eleva (ver la ley de gas ideal). De igual manera, el agua caliente es menos densa que la fría y por tanto se eleva, originando corrientes de convección que transportan energía.

La convección también puede originar la circulación de un líquido, como en el calentamiento de una olla de agua sobre una llama. El agua caliente se expande y se hace más ligera. El agua más fría, cerca de la superficie es más densa y desciende

La termodinámica estudia la energía y sus transformaciones. Energía: capacidad para realizar trabajo.

Formas  de energía:

• Energía radiante
• Energía térmica
• Energía química
• Energía potencial
• Energía cinética

Unidades y factores de conversión de energía

1 J = 107 erg = 0,24 cal = 9,9x10-3 l.atm

R = 8,31J/(K.mol) = 8,31x107 erg /(K.mol) =

= 2 cal /(K.mol) = 0,082 l.atm /(K.mol)

[pic 2]

[pic 3]

ENERGIA INTERNA:

Suma de todas las Ec. y Ep de las partículas del sistema.

ENERGIA CINETICA:

Es la energía asociada al movimiento de las partículas del sistema, a mayor velocidad > Ec.

ENERGIA POTENCIAL:

Es la debida a fuerzas de interacción (atracción y repulsión) entre partículas a menor distancia > |Ep| de interacción.

Observaciones:

Proceso realizado con una capa de agua a temperatura ambiente

[pic 4]

Se calento agua a 60°C el cual tardo debido que inicialmente se encontraba en 24°C y aparte de que al comienzo solo se contaba con una parrilla.

[pic 5]

El agua fue vertida en una lata de metal para después meterla en una cubeta con agua a 29°C, se realizó la toma de temperaturas cada dos minutos, la temperatura del agua de la lata y de la cubeta alcanzaron el equilibrio térmico a los 33°C.

Resultados de caída de temperatura:

[pic 6]

[pic 7]

Encuentro de temperaturas y alcance del equilibrio

[pic 8]

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