Tarea N 3

Tarea N 3IntegrantesJavier Burgos.

Pedro Melgarejo.

Juan Carlos Yaez

ProfesorCristian Cuevas B.

Ayudante

07 de Noviembre 2012NomenclaturaQ: calor [J]t: temperatura [C]

Subndices

En: entradaSal: salida

w: agua1Introduccin En este laboratorio se realizaran dos experimentos. En el primero se utilizara un termmetro de mercurio con el cual se harn varias mediciones, medimos y definimos lo que era un bulbo seco, bulbo mojado y punto de roco, tambin se utilizara una esfera plstica, con ella junto con el termmetro se medir lo que es la temperatura de globo. En el segundo experimento se analizara el rendimiento de un calefn y las cualidades del gas natural, tambin como medir su flujo entre otras cosas.2Desarrollo2.1Temperaturas.

Bulbo seco: O simplemente temperatura seca, mide la temperatura del aire sin considerar factores ambientales como la radiacin, la humedad o el movimiento del aire, los cuales tienen el potencial de afectar significativamente la sensacin trmica.

Uno de los instrumentos ms empleados para medir la temperatura seca es el termmetro de mercurio, el cual consiste en un delgado tubo de vidrio cuya base, con forma de bulbo, contiene un depsito de este metal semilquido. El conjunto se encuentra hermticamente sellado para mantener un vaco parcial en su interior. Gracias a su gran capacidad de dilatacin el mercurio asciende por el tubo conforme aumenta la temperatura, haciendo posible la medicin de esta ltima mediante una escala graduada. El termmetro de mercurio se expone directamente al aire, pero se protege de la humedad y de la radiacin solar. Debido a que el mercurio es de color blanco brillante, por otro lado, se considera lo suficientemente reflectante para evitar casi por completo la absorcin del calor radiado por los elementos del entorno. Cuando se cumplen todas estas condiciones, el termmetro de mercurio indica de manera relativamente precisa la temperatura seca del aire.

Bulbo hmedo: O simplemente temperatura hmeda, representa una forma de medir el calor en un sistema en el que interactan un gas y un vapor, generalmente aire y vapor de agua. En el campo de la meteorologa, dicho en trminos ms llanos, es un valor de temperatura que toma en cuenta el efecto de la humedad ambiental y el correspondiente potencial de evaporacin.

Generalmente la temperatura de bulbo hmedo se mide mediante un termmetro normal ubicado a la sombra, pero con su bulbo envuelto por una mecha de algodn (o un material poroso y absorbente similar) cuya parte inferior se encuentra sumergida en un recipiente con agua. Con ayuda de un ventilador el sistema se expone a un flujo constante de aire de aproximadamente 3 m/s, lo cual provoca que el agua que asciende por capilaridad a lo largo de la mecha se evapore con relativa facilidad. Los procesos de evaporacin generan absorcin de calor, lo cual hace que el bulbo se enfre paulatinamente. La temperatura del bulbo desciende hasta que el aire que lo envuelve (contenido en los poros de la mecha) se satura por completo. Se obtiene entonces, en el termmetro, un valor que representa la temperatura de bulbo hmedo.

Cuando el aire se encuentra por debajo del nivel de saturacin, es decir, cuando la humedad relativa es inferior al 100%, la temperatura de bulbo hmedo siempre es menor a la temperatura de bulbo seco. En ese sentido la temperatura de bulbo hmedo expresa de manera indirecta la humedad ambiental, ya que mientras menor es la humedad relativa del aire ms fcilmente se evapora el agua y ms intensos son los procesos de prdida de calor. Esto significa tambin que en los climas secos la diferencia relativa entre las temperaturas simultneas de bulbo seco y bulbo hmedo es siempre mayor que en los climas hmedos. Por otro lado, la diferencia entre ambas temperaturas es un indicativo del potencial de los sistemas de enfriamiento evaporativo: si la diferencia es grande estos sistemas suelen ser bastante eficientes, si es muy pequea su eficiencia disminuye drsticamente.

Temperatura de globo: se obtiene mediante un termmetro cuyo bulbo se encuentra dentro de una esfera de cobre de espesor fino, pintada de color negro humo para maximizar la absorcin de radiacin infrarroja. El valor obtenido con este dispositivo es una manifestacin del balance entre el calor ganado o perdido por radiacin y el calor ganado o perdido por conveccin. La temperatura de globo es entonces aquella en la que se logra el equilibrio entre las prdidas y ganancias de calor. Si la velocidad relativa del aire es muy reducida la temperatura de globo tiende a ser similar a la temperatura radiante media.Punto de roco: Es la temperatura a la que debe enfriarse una masa de aire para provocar la condensacin del vapor de agua contenido en ella, sin que vare la cantidad de vapor de agua que hay en ella.

Como se ha comentado en otra entrada anterior, a medida que disminuye la temperatura de una masa de aire, va disminuyendo la capacidad que tiene para contener vapor de agua, es decir, va disminuyendo la humedad relativa de sta. Si dicha masa de aire contina enfrindose llegar un momento en que el aire alcanzar el punto de saturacin y, a partir de ah, podr producirse la condensacin.

La temperatura a la cual la masa de aire alcanza la saturacin es el punto de roco.

Tabla 1: Mediciones de las distintas temperaturasTemperatura ambiente.Temperatura bulbo secoTemperatura bulbo hmedoTemperatura de globoTemperatura punto de rocio

22c22c21c23c16c

2.2Ejercicios

a) Valores obtenido del diagrama P vs hv [m3 / kg]P [MPa]h [kJ/kg]s [kJ/kgK]T [K]

10.0240,52 x1032961.35273

20.0420,48 x1033801.67273

30.00633,3 x1034211.67343

40.00123,6 x1033151.35343

Consideramos, primero, el sistema con rgimen estacionarioTransformacin 3-4: Por primer principio de la termodinmica tenemos

h3 - h4 - Q = 0 , Q = 10kW( Q = h3 - h4

( = [Q / (h3-h4)]

( = 0.093 [kg/s] Transformacin 4-1 : Proceso adiabtico y reversible (por lo tanto, isoentropico)Por primer principio tenemos:

h4 - h1 + + = 0 , = 0 (adiabtico)

( = - h4 + h1( = -1.86 [kW], como el signo es negativo el trabajo sale

Transformacin 1-2 : Por primer principio tenemos: h1 - h2 + = 0( = - h1 + h2( = 7.90 [kW]

Transformacin 2-3: Proceso adiabtico y reversible (por lo tanto, isoentropico) h2 - h3 + + = 0 , = 0 (adiabtico)

( = (h3 h2)

( = 3.90 [kW]Calculo del COP, por definicin se tiene que COP = |c / n|Para este ciclo tenemos que COP = |3-4 / n| = 4.86

b) Valores obtenidos del diagrama P vs h

Tabla 3: Datos.v [m3 / kg]P [MPa]h [kJ/kg]s [kJ/kgK]T [K]

10.0270,51 x1033151.42273

20.0420,48 x1033801.67273

30.00633,3 x1034211.67343

40.00123,6 x1033151.35343

Consideramos, primero, el sistema con rgimen estacionario

Transformacin 3-4 : Por primer principio tenemos:

h3 - h4 - Q = 0 , Q = 10[kW]

( Q = h3 - h4( = [Q / (h3-h4)]

( = 0.093 [kg/s]Transformacin 4-1: Aqu se presenta un sistema de expansin, por lo tanto no ocurre transferencia de calor ni de trabajo

Transformacin 1-2: Por primer principio tenemos:

h1 - h2 + = 0( = - h1 + h2( = 6.02 [kW]

Transformacin 2-3 : Proceso adiabtico y reversible (por lo tanto, isoentropico)

Por primer principio tenemos:

h2 - h3 + + = 0 , = 0 (adiabtico) ( = (h3 h2)( = 3.90 [kW]

Ahora calcularemos el COP: |3-4 / n| = 2.58

La razn por que el COP es mas bajo que en la parte a), es que en el trabajo neto anterior se tomaba en cuenta el trabajo de compresin y expansin en cambio ahora hay solo trabajo de compresin y no de expansin ya que se introdujo un sistema de expansin, lo que hace que el valor absoluto de el trabajo neto sea mayor, as el COP es menor

c) Tabla 4: Datos.Presin

[Mpa]Volumen

[m3/kg]Temperatura

[K]H(entalpia)

[ kJ/kg]S(entropia)

[KJ/kg K]

10,505 x1030,0272733151,41

20,45 x1030,0532734101,78

32,3 x1030,0113434481,78

43,2 x1035,71 x1033434221,68

53,5 x1031,15 x1033433151,35

Transformacin 1-2

Por primer principio de la termodinmica:

=(h2-h1) => = 8.84 [kW]

Transformacin 2-3 Adiabtico y reversible (isoentrpica)

Por primer principio de la termodinmica

=(h3-h2) => =3,53[kW]

Transformacin 3-4

Por primer principio de la termodinmica

(h3-h4)+ + =0

Proceso reversible:: T ds => = T(s4-s3) => =-3.17

=- -(h3-h4)=> =0.77 [kW]

Transformacin4-5

Por primer principio de la termodinmica

=(h4-h5) => = 10[kW]

= /(h4-h5) 0.093[kg/s]

Transformacin 5-1 aqu existe una disminucin de presin y no existe trabajo ni calor

COP =| |/|neto| = 2,32El COP disminuye respecto del COP de la parte a) debido a que este COP es el mximo COP de una bomba de calor y anteriormente como la transformacin era adiabtica y reversible implicaba que la transformacin era isoentrpica, al sustituirla por una en la cual la entropa no se mantiene constante el COP debe disminuir.

Diagramas T vs s:

a)

b)

c)2.3Ejemplos prcticosa) Caractersticas del calefn: Marca: Splendid

Modelo: Ionizado 14 litros, gas natural

Potencia til nominal: 23,2 kW 24,4kW

Potencia til minima: 11,9 kW

Consumo nominal P.C.S: 31,1kW

El rendimiento tpico de un calefn va entre un 80% a un 90%

Datos:

Temperatura inicial: 19C

Temperatura final: 39C

Calor especifico del agua: Cw= 4184 [J/(kg*K)]Flujo instantneo del gas: 0,436 10 [m/s]

Flujo instantneo del agua: 0,22 10 [m/s]Densidad gas natural: 0.78 [kg/ m]

P.C.S: 9,300 [Kcal/ mN] => 38.911,2 [J/ mN]Calor especifico: 2191[J]

*1 [kcal]: 4184 [J]Para calcular el rendimiento del calefn con los datos obtenidos en la mediciones, tomaremos el flujo en un 1 segundo:

Flujo de calor del gas:

En = (Vg) PCS

En = (0.436 10 (38.911,2)

En = 16,96 kW

Flujo calor del agua:

Sal = (Magua) Cw Sal = (0,22 10 ) (4184) (39-19)Sal = 18.40 kWRendimiento => En /Sal =0.92 => 92% de rendimiento.

Nuestro rendimiento es de un 92% al comparar el resultado con dos informes mas podemos concluir que nuestros resultados son correctos ya que a un grupo el rendimiento obtenido es de 87% y a otro 94%.3ConclusionesLas conclusiones del informe radican en las diferencias de las mediciones de la temperatura puesto que adems de la temperatura ambiente podemos medir la temperatura del bulbo seco que mide la temperatura del ambiente sin considerar los dems factores que afectan la sensacin trmica del ambiente la que se diferencia que la temperatura del bulbo hmedo la cual mide la temperatura del ambiente tomando encuentra como factor la humedad relativa en el ambiente notemos tambin que el mtodo de medicin de ambas son distintos, luego tenemos que la temperatura de globo mide el equilibrio entre las perdidas y ganancias de calor en el ambiente y la temperatura del punto de roci es la cual nos dice en que temperatura el vapor de agua se condensa. El ejercicio explica de mejor forma la temperatura de condensacin por medio de todos los diagramas realizados y se notan las diferencias con respecto a los distintos procesos de expansin, por otra parte el ejercicio prctico del informe deja como aprendizaje la eficiencia de los calefn de nuestros hogares y las caractersticas del gas que ocupamos.4Referencias

[1] http://www.sol-arq.com/index.php/factores-ambientales/temperatura[2] http://meteoares.blogspot.com/2010/09/que-es-el-punto-de-rocio.htmlTabla 2: Datos.

Tareas de Termodinmica (541203)

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