Practicas ley-de-defick-furier-obtencion-de-temeparatura-2

Instituto Tecnológico de Mexicali

Practica: Ley de fick

Materia: Laboratorio integral I

Profesor: Norman Rivera Pasos

Fecha:

19 de noviembre del 2015

Integrantes:

Amador Liera Karen Esperanza

Ceballos Soto Alexandra

García Aguilera Paulina

García Flores Víctor Emmanuel

Meza Alvarado Jair Alexis

Meza Green Leonardo Alfonso

Martínez Moreno Miroslava

Navarro Orrantia Alicia

Marco teórico

Ley de fickEs una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial, la cual describe diversos casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las derivó en 1855.La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superficie (J en mol cm -2 s -1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm 2 s -1 ).La primera Ley de Fick determina el flujo neto de átomos:

El signo negativo indica el movimiento de los átomos de la concentración más alta a la más baja

En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una sustancia, o de temperatura; se produce un flujo de partículas o de calor, tiende a homogeneizar la disolución y uniformizar la concentración o la temperatura. El flujo homogenizador es una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las partículas que da lugar al segundo principio de la termodinámica, conocido también como movimiento térmico casual de las partículas. Es así como los procesos físicos de difusión pueden ser vistos como procesos físicos o termodinámicos irreversibles.

Durante la difusión hay varios factores que afectan el flujo de los átomos:

Gradiente de concentración.

El gradiente de concentración muestra la forma en que la composición del material varía con la distancia; ∆c es la diferencia de concentración a lo largo de una distancia

∆x. El gradiente de concentración puede crearse al poner en contacto dos materiales de composición distinta cuando un gas o un líquido entra en contacto con un material sólido.

Material

o Vasos de precipitadoo Coloranteso Cronometo

Análisis

En nuestra práctica de la comprobación de coeficiente de difusión, tuvimos que usar dos componentes debido a que nuestro primer componente que fue el etanol su difusión era muy rápida no había ningún lapso para contar el tiempo en que tardaba en esparcirse dentro del agua, tampoco se podía observar la distancia de componente que terminaba caer , después de varios intentos utilizando diferentes materiales donde colocamos nuestro solvente porque pensamos que el recipiente era el causante de que no se pudiera observar el fenómeno, decidimos utilizar ácido acético otro componente con una densidad mayor a la del etanol, este componente se adaptó más a las necesidades de nuestros cálculos , ya que la difusión de este componente fue más observable su tiempo en esparcirse por el agua, así como también pudimos observar el diámetro de la gota al salir del gotero y así obtener el área de sección transversal.

Cálculos

Formula:

J A = -DAB ( ρAdy )J =

mAt ∴

mAt = -DAB (∆ ρA∆x )

m = Masa del componente

A = Area de sección transversal

∆ x=¿ Distancia estimada

ρ=¿ Densidad del componente

DAB = Coeficiente de difusión del componente

Despejando DAB

DAB=¿ −mxA ρA t

Datos

ρ=1.05 grcm3

x( 1Kg1000gr

¿ = 1.05 x 10-3 Kgcm3

x ((100 )3

1m3) = 1050

Kgcm3

V= 1 gota = 0.05ml = 5 x 10-8 m3

Despejando de la fórmula de densidad para obtener la masa

ρ=mv

Vρ = m

(5 x 10-8 m3)( 1050 Kgcm3

) = 5.25 x 10-5 Kg

Área de sección transversal

D= 2cm

A=π r2

A=π (0.02m)2

A = 0.0314m2

T = 4 Segundos

Distancia Estimada 2cm

Sustituyendo la formula

DAB=¿ −mxA ρA t

DAB=¿ −(5.25 x10−5Kg)(0.04m)

(0.0314m3)¿¿

Coeficiente de difusión del Ácido Acético Experimental

DAB=¿ -1.5 x 10 -9 m2

s

Coeficiente de difusión del Ácido Acético Teórico

1.21 x 10 -9 m2

s

Conclusión:

Cambiando de compuesto pudimos observar la difusión gracias al colorante y en video como es que el área cambiaba al momento de llegar al fondo del recipiente, la difusión liquido-liquido es más sencilla que percibirla en gases pues no nos basamos en nuestros sentidos para determinar el tiempo. El cálculo se aproximó mucho a los datos experimentales, la práctica se llevó a cabo correctamente, por un momento tuvimos dificultades pero pudimos sobrellevarla.


Practica: Ley de Fourier



Fecha:


Integrantes:









Material

Dos soportes universales Dos pinzas Una placa de aluminio Un mechero Termómetro de infrarrojo

Análisis

Esta práctica la tuvimos que realizar tres veces debido a que nuestros resultados no se acercaban ni por lo menos un poco al valor teórico del coeficiente de conductividad térmica, utilizamos varias técnicas para poder encontrar nuestro error pensamos que fue el medio que utilizamos, que los materiales y equipo utilizado no funcionaba, las condiciones no eran favorables, quizá hablamos mucho, no tomamos bien las medidas y esto afectaba nuestros cálculos. Ya en la tercera ocasión que realizamos nuestra practica el resultado arrojado era un valor muy alejado del valor de K donde utilizamos

un área rectangular, pero como en esta práctica utilizamos un vaso de precipitado la cual su base era circular que fue calentado arriba de una placa metálica de aluminio optamos por utilizar el área de la placa ocupada por el vaso, finalmente al sustituir esta área fue así como obtuvimos un valor muy cercano al coeficiente de conductividad térmica.

Cálculos

Q=mCpT2-T1

dQ= Q/t

q’’= q/A

K=- q’’* dx/dt

Experimental:

Aluminio: K= 374.3 J

Teroria:

Aluminio: 209.3 J

Conclusión:

Fue difícil plantear un experimento que nos pudiese ayudar a determinar K y eso se vio reflejado en nuestros múltiples intentos, el problema fue que intentamos obtener Q (calor) utilizando la misma fórmula siendo que había más maneras de obtener este valor. Se trabajó duro para obtener un resultado aceptable en esta práctica y no fue así hasta que se nos aconsejó como hacerla, hubo frustración entre los integrantes del equipo pero la práctica a fin de cuentas fue realizada, obteniendo así un resultado aceptable.


Practica: Obtención de perfil de temperatura



Fecha:


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Introducción

En esta práctica calentaremos una varilla de aluminio con una plancha de metal la cual estará tocando un punto de esta varilla la cual estará verticalmente después de que la parte superior de la varilla llegue a un punto o temperatura estable o no cambie proseguiremos con el experimento que consiste en tomar la temperatura de la varilla cada 5 cm de abajo asi arriba y comprobar que disminuye conforme se aleja de la fuente de calor.

MARCO TEORICO

Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calórica, se calientan, es decir, absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del material de que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad. El calor absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la fuente calórica, hasta la cara opuesta. Es decir desde una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura. En este fenómeno, que se conoce con el nombre de conductividad térmica, vemos que no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega hasta la opuesta. Esto lo podemos comprobar aplicando una mano sobre ambas caras,

con lo cual sentiremos que la cara opuesta está más fría que la expuesta. Esto significa que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior; este fenómeno se conoce como resistencia térmica del material. La propiedad de retener parte del calor absorbido e impedir su paso total de una cara a la otra del cuerpo, es la capacidad aislante al calor que posee el material. En un muro cualquiera de una construcción, el calor imperante en el exterior, pasará a través de su masa al interior del local, en la medida que su capacidad aislante lo permita. La transmitancia térmica, es decir, la propiedad de los cuerpos de dejar pasar calor a través de su masa, deberá entonces limitarse.

Material

Barra de aluminio con aislantePlanchaPinzas de nuez Soporte UniversalTermómetro de infrarrojo

Análisis

En esta práctica nos encontramos con la dificultad, que al usar la barra de aluminio con la camisa de material de algodón y película de aluminio la medición de temperatura era muy variable, a esta camisa se le hicieron cuatro orificios en diferentes puntos dispersados sobre la camisa, en los cuales se realizaban las mediciones de temperatura con el termómetro proporcionado por el profesor, se realizaron varios intentos, se pensó que el termómetro no funcionaba bien, pero decidimos quitar la camisa que envolvía a la barra de aluminio, después de hacer esto, se tomaron las mismas mediciones en los mismos puntos y obtuvimos buenos resultados, gracias a ello la temperatura medida era uniforme sobre toda la barra.

Cálculos

Longitud cm

Temperatura °C

5 11510 9915 9620 8425 65

5 10 15 20 250

20406080

100120140

C

C

Conclusión:

Afortunadamente encontramos un cilindro con una camisa lo cual nos permitió planear nuestra práctica de manera más sencilla, nos quemamos un par de veces y hubo que tomar múltiples mediciones de temperatura pues teníamos dificultad con uno de los puntos del cilindro, a final de cuenta la gráfica dio una buena curva y la temperatura estaba distribuida de acuerdo a la teoría. A comparación de prácticas anteriores esta grafica no nos presentó mucha dificultad.


Practica: Determinar el enfriamiento de una superficie



Fecha:


Integrantes:









Introducción

Enfriamiento por aleta y sin aleta y su eficienciaEn esta práctica tenemos que encontrar experimentalmente la eficiencia de la aleta en un material de aluminio y como es su convección libre sin aleta así podemos ver el comportamiento de esta. La práctica se llevó a cabo con ayuda de una plancha y así calentamos horizontalmente la superficie del material por cierto promedio de tiempo y después de este tomamos la temperatura así comprobamos con y sin aleta.

Marco teórico

Al hablar de superficie extendida, se hace referencia a un sólido que experimenta transferencia de energía por conducción dentro de sus límites, así como transferencia de energía por convección e (y/o radiación) entre sus límites y los alrededores. La aplicación más frecuente es aquella en la que se usa una superficie extendida de manera específica para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo, Las aletas se usan

cuando el coeficiente de transferencia de calor por convección h es pequeño. Caso A: Aleta con Convección en el extremo: Todas las aletas están expuestas a convección desde el extremo, excepto cuando el mismo se encuentre aislado o su temperatura sea igual a la del fluido. Para este caso se tiene:

1. Caso B: Aleta con extremo Adiabático: Se considera aleta de este tipo cuando el área del extremo no intercambia calor con el fluido adyacente. Caso C: Aleta de extremo con Temperatura Establecida: Cuando se conoce la temperatura en el extremo de la aleta. Caso D: Aleta de Longitud Infinita

2. DESEMPEÑO DE UNA ALETA Se sabe que las aletas se utilizan para aumentar la transferencia de calor de una fuente porque acrecientan el área efectiva de superficie, pero la aleta como tal representa una resistencia a la conducción del calor, por eso no hay seguridad de que la aleta aumente la transferencia de calor por ello se define la efectividad y eficiencia de una aleta como: EFECTIVIDAD DE UNA ALETA ( εf): La efectividad de una aleta se determina con la ecuación: Ab: Area de contacto entre la base y la aleta EFICIENCIA DE UNA ALETA (ηf ): La eficiencia de una aleta es la relación que existe entre el calor (Qf) que se transfiere de una aleta con condiciones determinadas, y la transferencia de calor máxima (Qmax) que existiría si esa aleta estuviera a la máxima temperatura (la temperatura de la base).

3. Eficiencia Global En contraste con la eficiencia (ηf ) de una aleta, que caracteriza el rendimiento solo de una aleta, la eficiencia global (ηo) caracteriza a varias aletas similares y a la superficie base a la que se unen, por ejemplo los que se muestran en la figura.

Material

Un pedazo de metal con aleta en forma de T Plancha Termómetro Infrarrojo

Análisis

Cálculos

Cálculos

a) Sin aleta

b) Con aleta

http://image.slidesharecdn.com/transferenciadecaloren-140511160529-phpapp02/95/transferencia-de-calor-en-superficies-extendidas-aletas-4-638.jpg?cb=1399824376

http://image.slidesharecdn.com/transferenciadecaloren-140511160529-phpapp02/95/transferencia-de-calor-en-superficies-extendidas-aletas-3-638.jpg?cb=1399824376

c) La eficiencia de una aleta

d) q total

a)

q sin aleta= Ah (Ts - T∞)

A= 7.02X10-3 m2

h= 25 W/m2*k

Ts = 403 K

T∞= 294 K

q sin aleta= (7.02X10-3 m2 * 25 W/m2*k) (403 K- 294 K)

q sin aleta= 19.12W

b)

q con aleta= √hpKA θb tanhmlc

h= 25 W/m2*k

p= .354 m

K= 209 W/m2*k

θb=69K

A=7.02X10-3 m2

q con aleta = √ ¿25 W/m2*k) (.354 m) (209 W/m2*k) (7.02X10-3 m2) (69 K)

q con aleta = 22.46 W/m2*k

c)

ɳf =tanhmLcmLc

m=√ 2hKt

m= 15.46m

Lc= L+ t2

Lc= .06 m

ɳf=tanh(15.45m∗.06m)

(15.45m∗.06m)∗¿100

ɳf= 80.3 %

d)

q total= q sin aleta + q con aleta

q total= (19.12W + 22.46 W/m2*k)

q total = 41.66 W/m2*k

Conclusión:

La placa de aluminio que utilizamos en prácticas anteriores una vez más nos ayudó haciéndole un par de modificaciones, este experimento no era tan complicado solamente teníamos que determinar el enfriamiento sin aleta y con aleta, de acuerdo a lo realizado en el laboratorio el experimento cumplió con la teoría pues hubo disminución de temperatura al momento de instalar la aleta a la placa de aluminio, lo más complicado fue modificar la placa de aluminio, los cálculos no causaron tanto problema pues ya están definidas las fórmulas para la forma de aleta que empleamos en nuestro sistema.


Practica: Convención libre forzada



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Introducción Convección libre forzada En esta práctica probaremos tres maneras de convección por diferentes métodos Calentaremos agua en tres recipientes iguales y en el mismo tiempo tomaremos la temperatura de ellos después de haber aplicado cada método diferente para cada uno de ellos En el primero fue convección libre, el segundo por convección forzada mediante la agitación el tercero y último también por forzada pero por el aire de un soplido. Ya al pasar el tiempo que escogimos podemos tomar las temperaturas y comparar cual método funciono mejor y así dar por terminada nuestra práctica.

1) Convección libre La transferencia de Q por convección fue el único mecanismo que interactuaba y fue el que disminuyo menos su temperatura de los tres vasos de precipitado

2) Convección forcada (agitada)Además de convección había conducción interactuando con el agua, es decir había dos mecanismos de transferencia de calor, hubo una disminución de temperatura con parable con la convección libre.

3) Convección forzada (soplado)

La temperatura corporal promedio de un ser humano es de 37 en lo que el gas llega a la superficie del fluido (agua) este pierde temperatura y junto a la temperatura ambiental des incrementa la temperatura del fluido a un ritmo mas rápido.

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