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• Francisco J. Gómez Serrano

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FACULTAD DE INGENIERÍA Y CIENCIAS BÁSICAS

TRABAJO COLABORATIVO

Institución Universitaria Politécnico Grancolombiano

FLUIDOS Y TERMODINAMICA TRABAJO COLABORATIVO

PRESENTADO POR NORBERTO FLOREZ (1611022097) ANA MARIA VALENCIA CASTELLANOS (1711023421) JENIETH VIVIANA AVILA CASTILLO FRANCISCO JOSE GOMEZ SERRANO (1411025403)

PRESENTADO A JAIRO SANCHEZ LUQUERMA

UNIVERSIDAD POLITÉCNICO GRAN COLOMBIANO INGENIERÍA INDUSTRIAL 2020

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Tabla de Contenido INTRODUCCIÓN..................................................................................................................................3 OBJETIVOS..........................................................................................................................................4 Objetivo General............................................................................................................................4 Objetivos Específicos......................................................................................................................4 DESARROLLO DEL TRABAJO................................................................................................................5 CONCLUSIONES................................................................................................................................10 BIBLIOGRAFIA...................................................................................................................................11

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INTRODUCCIÓ N

En el presente trabajo mostramos el desarrollo del foro grupal y el avance que logramos en cada una de las etapas, demostrando así el conocimiento adquirido a través de las simulaciones propuestas que ayudaron a comprender la teoría de transmisión de calor dependiendo del fluido o material del sólido, adicional a eso pudimos analizar casos reales en los que el calor que puede resistir un fluido sin afectar su desempeño es determinante para elegirlo para un proceso industrial en donde se requiere un relación directa entre costo y rendimiento.

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OBJETIVOS Objetivo General Adquirir y afianzar nuevos conocimientos acerca de calorimetría por medio de la utilización de recursos virtuales para la obtención del calor especifico de diferentes cuerpos, de acuerdo a su masa y temperatura, de igual forma el empleo de las fórmulas matemáticas para la obtención del mismo.

Objetivos Específicos -

Hallar el valor del calor especifico de diferentes cuerpos solidos mediante el uso de un proceso de calorimetría virtual. Realizar un análisis de la relación existente entre masa y temperatura en el proceso de transferencia de calor entre dos cuerpos. Analizar de forma estadística cada uno de los datos obtenidos Indagar la relación que tiene la obtención del calor especifico en las industrias y nuestro entorno.

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DESARROLLO DEL TRABAJO 1. Armar 12 configuraciones diferentes donde debe variar la masa y la temperatura del sólido y la masa y la temperatura del líquido. Saque la gráfica de cada una de las configuraciones y haga manualmente los cálculos de calor especifico.

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Calcule el Cp de cada sólido y regístrelos con la siguiente tabla.

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SEGUNDA FASE Luego de la fase individual donde cada integrante del grupo armo 12 configuraciones diferentes variando la masa y la temperatura del agua y del sólido, deberán comparar los resultados del 𝑐𝑝 para cada sólido. En ese caso deberán llenar la tabla mostrada a continuación (Recuerde que cada integrante tiene dos valores de 𝑐𝑝 por cada solido).

2. Compare nuevamente los resultados entre las configuraciones de un mismo sólido. ¿Son iguales?, ¿Varían? ¿De qué depende? Analizando cada uno de los valores obtenidos por cada integrante del equipo, podemos evidenciar que son muy similares, ya que se encuentran directamente relacionados con el tipo de sólido y la temperatura aplicada a la masa del mismo y del agua. Por tal motivo podemos inferir que el calor especifico va depender del valor de la temperatura inicial y la masa de los mismos.

3. ¿Qué solido tiene el 𝑐𝑝 mas alto? Qué significa que un material tenga una capacidad calorífica más alta o más baja en términos de transferencia de calor.

Se puede evidenciar que el sólido F tiene el Calor Especifico más alto. Cada material tiene una capacidad de almacenar calor de una forma distinta y el flujo de la energía siempre se transfiere desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el de menor temperatura, hasta alcanzar el equilibrio térmico. Cuando un material tiene una capacidad calorífica alta, significa que necesita mayor energía para incrementar su temperatura, esto dependerá de su naturaleza y composición . 

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4. Con base en la tabla obtenida en el punto 1 de esta fase grupal, calcule el error estadístico del calor específico promedio de cada sólido estudiado. ¿Considerando el intervalo [ 𝑥̅− 3𝜇, 𝑥̅+ 3𝜇] es necesario descartar valores en cada caso?, ¿Considera que debe ser usado el factor de corrección t de Student en cada caso? Apóyese en el material que está en el ANEXO 1 (al final de este documento). Justifique sus respuestas. Luego consigne los resultados en una tabla como la siguiente:

No fue necesario descartar ningún valor, dado que las mediciones se encontraban dentro del rango, sin embargo, ya que los datos son muy pocos fue necesario realizar el factor de corrección t de Student, y la cantidad que representa el error estadístico. 5. De acuerdo a los valores del cociente µ/ẋ obtenidos en cada caso. ¿Qué puede decir d la calidad del proceso de medición? La calidad de los datos es muy buena, dado que los resultados obtenidos en el cociente µ/ẋ oscilan entre 0.023 para el sólido A y 0.00056 para el sólido F respectivamente. Sin embargo, hay que tener en cuenta que la cantidad de datos es muy poca.

TERCERA FASE 1. Considere los siguientes datos:

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2. Cuando estos dos metales entran en contacto, se puede afirmar que: (Discuta con sus compañeros en el foro cada preposición y justifique la respuesta)

a) El calor fluirá del Al al Cu debido a que el Al tiene un calor especifico mayor. b) El calor fluirá del Cu al Al debido a que el Cu tiene mayor masa. c) El calor fluirá del Cu al Al debido a que el Cu tiene una capacidad calorífica mayor. d) El calor no fluirá hacia ninguna dirección.

La C, ya que el calor fluirá del cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura y así mismo cuando un material tiene una capacidad calorífica alta, significa que necesita mayor energía para incrementar su temperatura. Además, podemos considerar lo siguiente:

3. Explique la utilidad de calcular el calor específico de un material o una sustancia a nivel industrial o a nivel ambiental. Cite al menos tres ejemplos reales y qué implicaciones tendría esto a nivel beneficio/costo de un proceso. Discuta con sus compañeros en el foro y justifique la respuesta.

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La utilidad que nos brinda es tener un proceso eficiente continuo y controlado. * Temperatura requerida para moldear el acero: la ganancia que obtenemos al conocer la cantidad de calor específico son, mejores tiempos de producción, calidad, cantidad de personal requerido. * Punto de fusión para elaboración del vidrio: conocer el calor específico nos brinda el poder de manipularlo de la mejor manera de acuerdo a lo que se quiere producir, evitando su cristalización. * Fabricación del PVC: bajo la acción del calor se reblandece pudiendo moldearse fácilmente, cuando se enfría recupera la consistencia inicial conservando la nueva forma, si conocemos el calor que se requiere podemos controlar la producción para no excedernos.

4. Si usted fuera el ingeniero de una planta industrial y en uno de los procesos se requiere calentar un fluido con intercambiador de calor (vea la sección de dispositivos de ingeniera semana 6), usted utilizaría agua o aceite mineral para calentarlo. Qué criterio técnico utilizaría.

Utilizaríamos aceite Con el podemos trabajar temperaturas más altas no nos limita tanto como el agua. Su base es obtenida directamente de la destilación del petróleo lo hace más viscoso y con mayor resistencia a la oxidación lo cual es muy importante, también brinda la oportunidad de trabajar a 340 grados Celsius, permite la uniformidad en las temperaturas finales y los costos de mantenimiento son moderados y por eso actualmente los fluidos térmicos (aceite mineral y sintético), son el medio transmisor de calor por excelencia en la actualidad. Teniendo en cuenta la temperatura a la cual puede trabajar sin perder sus propiedades, a pesar de que el agua puede sonar más común en muchas industrias dada su fácil obtención, sus propiedades se presentan limitadas en procesos de intercambio de calor.

CONCLUSIONES 

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Las herramientas de muestreo usadas durante estas semanas de análisis nos permiten evidenciar que bajo las condiciones controladas el elemento humano no genera variación real en los resultados. Dentro del análisis encontramos que, a pesar de tener condiciones iguales para todos los elementos, las propiedades y las condiciones de cada material son quienes hacen que mediciones como el cp, sean considerablemente distintas. Gracias al análisis y trabajo realizado durante estas semanas logramos corroborar propiedades químicas de los materiales y teorías de transferencia de calor con ejercicios simples pero útiles para tal fin.

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BIBLIOGRAFIA GIMENEZ, H. (2020). Fisicanet. Calorimetria. Recuperado de: https://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap10-calorimetria.php FISICALAB. (2020). Primera ley de la termodinámica. Recuperado de: https://www.fisicalab.com/apartado/primer-principio-termo BERNAL, M. (2020). Politécnico Gran Colombiano. Termodinámica y mecánica de fluidos. Recuperado de : https://poli.instructure.com/courses/14601/files/8603300? module_item_id=665282