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• Ilian Rosado

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Instituto Politécnico Nacional Escuela Superior de Ingeniería Química e Industrias Extractivas Dpto. de Laboratorios Pesados Unidad de Aprendizaje: Fundamentos de Fenómenos del Transporte Reporte "Calorimetría" Alumno: Cosme Fulanito Prof: Leticia Pérez Nicolás Grupo: 2IV35 Periodo: Enero-Junio 2017

Objetivo General Al término de la práctica, el alumno será capaz de identificar y medir la trasferencia de calor, a través de un cuerpo sólido. Objetivos Específicos 1. El alumno realizará, el balance de calor total a través de una varilla sólida de bronce 2. El alumno, determinará la cantidad de calor que se transfiere a través del cuerpo sólido aplicando la ley de Fourier 3. El alumno determinará la cantidad de calor perdido hacia los alrededores, mediante el cálculo del coeficiente de transmisión de calor 4. El alumno identificara, cuando se alcanza el estado estacionario de transferencia de calor, mediante un perfil de temperaturas

Introducción Teórica Forma de transferencia

Características

Formula

de Calor (Q) Conducción

Se da lugar en sólidos, donde el contacto es necesario y como en todas una diferencia de

𝑸 = 𝒌𝑨

𝒅𝑻 𝒅𝒙

Ley de Fourier

temperaturas Convección

Se da en fluidos, y el contacto no es

𝑸 = 𝑨𝒔 𝒉(∆𝑻)

necesario, implica mezcla de temperaturas a nivel macroscópico Radiación

Ley de Enfriamiento de Newton

Por efecto de ondas 𝑸 = 𝝈 ∗ 𝑻𝟒𝒆

electromagnéticas, comprendida en el rango

Ley de Stefan-Boltzmann

de longitudes de onda de 0,1 µm a 1000 µm, (zona infrarroja

Diagrama de Bloques Experimento 1

Se enciende el aparato

Con cronometro en mano, se registran las T cada 5 min transcurridos

Se fijam la fuente a 5V

Despues de 35 min se termina la corrida y se guarda la hoja de calculo

Experimento 2

Con cronometro en mano, se registran las T cada 5 min transcurridos

Se sube el voltaje de la fuente a 7V

Al termino cerrar y guardar hoja de calculo

Hasta 35 min obteniendo T8

Datos experimentales

Prueba de 5.1V Minutos Temp Long T1 0 T2 0.05 T3 0.1 T4 0.15 T5 0.2 T6 0.25 T7 0.3 T8 0.35

0

5

10

15

20

25

30

35

40

23.44

27.05

28.42

29.79

30.08

30.37

30.47

30.57

30.66

22.36

24.71

25.88

27.05

27.25

27.44

27.54

27.64

27.73

22.07

23.24

24.12

25.10

25.20

25.49

25.59

25.59

25.68

22.07

22.56

23.34

24.02

24.32

24.41

24.51

24.51

24.61

22.07

22.27

22.66

23.24

23.54

23.63

23.63

23.73

23.73

21.78

21.88

22.17

22.75

22.85

22.95

23.05

23.05

23.14

21.78

21.78

21.97

22.46

22.56

22.66

22.75

22.75

22.85

21.48

21.48

21.68

22.07

22.27

22.36

22.46

22.46

22.46

Qi =

(1.02𝑗×1×3600𝑠) (4184𝑘𝑐𝑎𝑙×1ℎ𝑟) 𝜋

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ

𝜋

𝐴𝑡 = 4 × 𝐷 2 q= - 104 x

= 0.87762

𝐴𝑡 = 4 × 0.012 = 7.85 × 10−5

(22.56℃−30.66℃) (.35𝑚)

= 2406.8

Qc = 2406.8 * 7.85x10-5= 0.1890 Qp= 0.87762 - 0.1890 = 0.68862

No.

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ 𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ

Temp

Long

q=−𝑘

1 0.00 30.66 2 0.05 27.73 3 0.10 25.68 4 0.15 24.61 5 0.20 23.83 6 0.25 23.14 7 0.30 22.85 8 0.35 22.56 As=2π*r*L = 2π*0.005*0.35= 0.01099 m2

(𝑇−𝑇1 ) (𝑋−𝑋1 )

6094.4 5179.2 4194.7 3551.6 3128.3 2707.5 2406.8

Qc=q*At

Qp=Qi-Qf

0.4786 0.4067 0.3294 0.2789 0.2456 0.2126 0.1890

0.39902 0.47092 0.5482 0.5987 0.6320 0.6650 0.68862

Tx-Tamb = 22.56-21.1 = 1.46℃ m= 0.0567 h=

𝑚 𝐴𝑠

=

No. 1 2 3 4 5 6 7 8

0.0567 0.01099

= 5.1592

Temp 30.66 27.73 25.68 24.61 23.83 23.14 22.85 22.56

Prueba 7.0 V

Tx-Tamb 9.56 6.63 4.58 3.51 2.73 2.04 1.75 1.46

Qp=Qi-Qf 0.39902 0.47092 0.5482 0.5987 0.6320 0.6650 0.68862

As=2π*r*L 0 0.00157 0.003141 0.004712 0.006283 0.007853 0.009424 0.01099

Temp T1 T2 T3 T4 T5 T6 T7 T8

Qi =

Minutos Long 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0.35

(2.1𝑗×1×3600𝑠) (4184𝑘𝑐𝑎𝑙×1ℎ𝑟) 𝜋

𝐴𝑡 = 4 × 𝐷 2 q=−104 ×

0

5

10

15

20

25

30

31.74

35.06

36.33

37.01

37.50

37.89

38.09

28.22

30.27

31.45

32.03

32.42

32.62

32.81

25.98

27.15

28.03

28.52

28.91

29.10

29.20

24.80

25.39

25.98

26.37

26.66

26.86

27.05

23.93

24.22

24.51

24.80

25.20

25.39

25.49

23.34

23.34

23.63

23.93

24.12

24.32

24.32

22.95

23.05

23.14

23.44

23.63

23.83

23.83

22.66

22.66

22.75

22.95

23.14

23.34

23.34

= 1.8068

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ

𝜋

𝐴𝑡 = 4 × 0.012 = 7.85 × 10−5

(22.56℃−30.66℃) (.35𝑚)

= 2406.8

Qc = 4382.85 * 7.85x10-5= 0.3440 Qp= 1.8068- 0.3440 = 1.4628

No.

Temp

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ

𝑘𝑐𝑎𝑙 ℎ

Long

(𝑇−𝑇 )

q=−𝑘 (𝑋−𝑋1 )

Qc=q*At

Qp=Qi-Qf

10982.4 9245.6 7654.4 6552.0 5728.32 4943.46 4382.85

0.862118 0.725779 0.60087 0.514332 0.449673 0.38806 0.3440

0.944682 1.081021 1.20593 1.292468 1.357127 1.41874 1.4628

1

1 2 3 4 5 6 7 8

38.09 32.81 29.20 27.05 25.49 24.32 23.83 23.34

0.00 0.05 0.10 0.15 0.20 0.25 0.30 0.35

As=2π*r*L = 2π*0.005*0.35= 0.01099 m2 Tx-Tamb = 23.34-21.1 = 2.24℃ m= 0.0541 𝑚

0.0541

h=𝐴𝑠 = 0.01099 = 4.92265

No. 1 2 3 4 5 6 7 8

Temp 38.09 32.81 29.20 27.05 25.49 24.32 23.83 23.34

Tx-Tamb 16.99 11.71 8.1 5.95 4.39 3.22 2.73 2.24

Qp=Qi-Qf 0.944682 1.081021 1.20593 1.292468 1.357127 1.41874 1.4628

As=2π*r*L 0 0.00157 0.003141 0.004712 0.006283 0.007853 0.009424 0.01099

Conclusiones y Observaciones 

Al finalizar la práctica de Calorimetría se cumplieron los objetivos de esta misma, con adecuación, dando a saber que esta se realizó de manera correcta.



De manera experimental comprobamos la transferencia de energía en forma de calor a través del largo de una barra de bronce, esta no irradio ningún calor en su superficie, así evitando la perdida de energía en forma radiativa, que también tendría que ser tomada en cuenta al hacer el balance.



Con el principio y Ley de la conservación de la energía,



Al graficar los resultados de temperaturas contra longitud, se ve como la diferencia de esta en las secciones más alejadas de la fuente es mínima, mientras que cerca de ella misma los cambios son muy bruscos



Al graficar temperaturas contra el tiempo, se ve como estas tienden a tomar forma de línea recta, y las ultimas temperaturas donde no hay mucha variación, toma mas esta forma.



En las graficas Qc v Qp podemos apreciar como de manera inversa la una con la otra, el calor conducido va disminuyendo mientras que el perdido va aumentando a lo largo de la barra.

Referencias: 

Sandoval, C. (2017). Radiación, conducción y convección: tres formas de transferencia de calor. [online] Nergiza. Available at: https://nergiza.com/radiacion-conduccion-y-conveccion-tres-formas-detransferencia-de-calor/ [Accessed 14 Mar. 2017].



Vega, J. (2017). TRANSFERENCIA DE CALOR. [online] Unet.edu.ve. Available at: http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-165.htm [Accessed 14 Mar. 2017].



Plak, A. (2017). La conducción del calor. Ley de Fourier. [online] Sc.ehu.es. Available at: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/transporte/cond_calor/conduccion/conducci on.html [Accessed 14 Mar. 2017].