Lab. Transfer en CIA de Calor

Embed Size (px)

Text of Lab. Transfer en CIA de Calor

Universidad de GuadalajaraCentro universitario de ciencias exactas e ingenieras

Ulises De la Torre Hernndez

Seguridad en el laboratorio de transferencia de calor

Profesor Armando Lpez Ornelas

Guadalajara, Jal

23-Diciembre-2011

Que es un laboratorio? Local dispuesto y equipado para la investigacin, experimentacin y otras tareas cientficas, tcnicas o didcticas. En el siglo XIX se construyeron los primeros laboratorios semejantes a los que existen en la actualidad, con bancos, armarios, cajones y estantes en la parte superior para colocar los reactivos. En los primeros aos del siglo XX se trat de facilitar la disposicin de los servicios de manera horizontal, por el suelo o por el techo, o mediante conductos verticales. Estos servicios consisten, como mnimo, en el suministro de agua, gas y electricidad. En la actualidad, tanto la disposicin de los bancos como la distribucin en ellos de los servicios y los sistemas de seguridad son muy diferentes segn el tipo de laboratorio. SEGURIDAD EN EL LABORATORIO Toda sustancia qumica debe ser considerada un txico en potencia, por lo que la manipulacin de estas sustancias se debe realizar con mucho cuidado y conociendo, de antemano, las consecuencias de dicha manipulacin. Adems, aunque los laboratorios han sido diseados y construidos para que los riesgos sean mnimos se deben tener siempre en cuenta una serie de precauciones y seguir unas normas de seguridad bsicas: Conocer las salidas de emergencia y la localizacin y utilizacin de los extintores, lavaojos y equipos de emergencia. Mantener el rea de trabajo limpia y ordenada. Todos los equipos debern ser instalados en lugares apropiados, con buena iluminacin, ventilacin y los sistemas de seguridad correspondientes. Utilizar una bata de laboratorio que deber estar siempre abrochada. Evitar el contacto con fuentes de electricidad y de calor. Apagar los instrumentos elctricos antes de manipular las conexiones. Utilizar guantes y gafas de seguridad cuando se requieran. No se deben guardar ni consumir alimentos y bebidas dentro del laboratorio. Todos los productos inflamables se deben almacenar en un lugar adecuado, separados de los cidos y las bases y de los reactivos oxidantes. En la campana de extraccin de gases no se deben almacenar productos qumicos ni otro tipo de materiales.

Universidad de GuadalajaraCentro universitario de ciencias exactas e ingenieras

Ulises De la Torre Hernndez

Medicin de la conductividad trmica de una placa

Profesor Armando Lpez Ornelas

Guadalajara, Jal

23-Diciembre-2011

La tcnica de medida de la conductividad trmica, que emplearemos en esta experiencia, se basa en la determinacin experimental del flujo de calor que atraviesa la muestra situada en el soporte de experimentacin, que mantiene al foco trmico, Tc a la temperatura constante de ebullicin del agua haciendo circular vapor a su travs, y el foco fro a la temperatura de fusin, tambin del agua, mediante un bloque de hielo en fusin que se sita en contacto trmico con la otra cara de la muestra, Tf. Adems habr que determinar el rea de contacto entre el hielo y la muestra. Por lo tanto, mediremos las siguientes variables: Espesor de la muestra, h de fcil determinacin con un pie de rey. La superficie de contacto entre el hielo y la muestra, A. Se hallar a partir de la medida del dimetro del bloque al inicio y final de la experiencia para reducir el error cometido. El flujo de calor, DQ/Dt, se determinar midiendo la masa de agua fundida en un intervalo de tiempo determinado. Esta medida se realizar en dos condiciones diferentes: 1.- Cuando el foco caliente est a la temperatura ambiente. 2.- cuando el foco caliente est ya a la temperatura de ebullicin. La diferencia entre estas dos cantidades ser realmente el flujo de calor intercambiado a travs de las superficies paralelas del material. Diferencia de temperaturas (Tc-Tf) entre el foco caliente y fro. Esta diferencia ser de aproximadamente 98.5C, dependiendo de las condiciones de presin atmosfrica en las que se realice la experiencia. Si este material en forma de lmina plana, tal y como aparece en la figura 1, se encuentra en contacto con dos focos trmicos a diferente temperatura Tc (caliente) y Tf (fro) y ha alcanzado el rgimen estacionario, la cantidad de calor por unidad de tiempo y superficie que atraviesa la placa ser proporcional a la diferencia de temperaturas e inversamente proporcional a su espesor, dicha constante de proporcionalidad se denomina conductividad trmica, k, del material.

Analticamente el enunciado anterior se pude escribir de la siguiente forma:

DQ- calor intercambiado en el tiempo Dt, entre el foco fro y el caliente (J). DT- diferencia de temperaturas entre los focos fro y el caliente (C). k- conductividad trmica (W/mC). A- rea de la seccin transversal del bloque cilndrico (m2). h- espesor de la muestra (m). En funcin del valor de la conductividad trmica, los materiales se pueden clasificar en buenos conductores del calor, k elevadas o malos conductores k, pequeas. Para determinar el valor de la conductividad trmica, despejamos este parmetro en la ecuacin y obtenemos:

Universidad de GuadalajaraCentro universitario de ciencias exactas e ingenieras

Ulises De la Torre Hernndez

Evaluacin de perdidas de calor en un sistema de paredes compuestas con disipacin calorfica unidimensional de un cilindro aislado trmicamente

Profesor Armando Lpez Ornelas

Guadalajara, Jal

23-Diciembre-2011

En cualquier fenmeno fsico o qumico en donde se encuentre presente una diferencia de temperaturas, se presentar una transferencia de calor, la cual nicamente puede llevarse a cabo por tres mecanismos o una combinacin de ellos, estos son:

CONDUCCIN. La transferencia de calor por conduccin el proceso mediante el cual fluye calor a travs de un slido. En este tipo de proceso , el calor se transfiere mediante un complejo mecanismo submicroscpico en el que loa tomos interactan a travs de choques elsticos e inelsticos para propagar la energa desde la regiones con mayor temperatura hacia las que tienen menor temperatura. La transferencia de calor por conduccin generalmente se da en los slidos pero puede presentarse tambin en lquidos o en gases bajo ciertas circunstancias como lo son las condiciones cercanas al reposo. La ecuacin que predice la disipacin de calor por un mecanismo de conduccin es la ley de Fourier Q=-KA T Que para un caso unidireccional se convierte en : Q=- KA(dT / dX ) Donde: Q = Flujo de calor K = Conductividad trmica del material. A= rea de transferencia de calor. T= Temperatura. X= espesor del material donde se lleva a cabo el fenmeno.

CONVECCIN. La transferencia de calor por conveccin aparece siempre que un cuerpo se coloca en un fluido con una temperatura mayor o menor. Debido a ala diferencia de temperaturas, el calor fluye entre el fluido y el cuerpo, cambiando la densidad del fluido cerca de la superficie. La diferencia de densidad produce un flujo descendente del fluido ms pesado y un flujo ascendente del flujo mas ligero. Si el movimiento del fluido solo se debe a diferencias de densidad producidas por gradientes de temperaturas , el mecanismo de transferencia de calor asociado se llama conveccin natural. Si los cambios de densidad adems de ser provocados por gradientes de temperaturas, son favorecidos por dispositivos externos como bombas o ventiladores, el mecanismo de transferencia de calor se conoce como conveccin forzada En ambos casos la ecuacin que predice la prdida de calor , es la ecuacin de Newton. Q=hA(Ts-T) Donde Q = Flujo de calor h = Coeficiente de transferencia de calor por conveccin natural o forzada. A = rea de transferencia. Ts = Temperatura de la superficie T = Temperatura del fluido.

RADIACIN. Es un fenmeno de transferencia de calor a partir de ondas electromagnticas , originado por un gradiente de temperaturas, entre ms grande es este, la radiacin se incrementa. la ecuacin que predice las prdidas de calor por radiacin es la Ecuacin de Stefan Boltzmann.

Donde Q = Flujo de calor = Constante de radiacin = rea de transferencia = Emisividad del cuerpo radiante Ts= Temperatura de la superficie. T = Temperatura del medio receptor

Universidad de GuadalajaraCentro universitario de ciencias exactas e ingenieras

Ulises De la Torre Hernndez

Calibracin de la unidad de conductividades. Trmicas con el aire ambiente

Profesor Armando Lpez Ornelas

Guadalajara, Jal

23-Diciembre-2011

Medidor de conductividades trmicas de fluidos.

En caso de que la unidad de medicin de conductividades trmicas haya sido usada, asegrese de que dicha unidad est perfectamente limpia. Para limpiarla, saque el tornillo hexagonal que se encuentra en la tapa del lado izquierdo y empuje el cilindro calefactor cuidadosamente para que salga por el lado opuesto. Colocando la otra mano en el lado opuesto para sostenerlo, evitando jalar de los cables. Tenga cuidado de que los anillos O queden perfectamente colocados, despus de limpiar la unidad (en caso de que haya sido necesario). Haga circular el agua por la entrada correspondiente con una velocidad de 3 lts. / min. Conecte los tubitos flexibles a las uniones de carga y descarga del fluido muestra. Introduzca el fluido de muestra (en ste caso aire del medio ambiente). De ser posible usar aire seco, ya que su conductividad trmica es bien conocida y fcil de encontrar en la literatura. Inicie el suministro de voltaje comenzando con 20 volts, hasta llegar al estado estacionario. Una vez llegado al estado estacionario tome las temperaturas T1 y T2 y reprtelos en la tabla (I). Suba a 30 volts, y as sucesivamente de 10 en 10 volts, hasta 70 volts. Enseguida se muestra un esquema del medidor de conductividades trmicas y algunas caractersticas importantes de la toma de datos en el mismo.

Hacie