Primera ley de la Termodinámica para un volumen de control

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Carmen Lara Godoy
hace 8 años
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1 Primera ley de la Termodinámica para un volumen de control 1. Objetivo Utilizar la primera ley de la termodinámica para el análisis del volumen de control de un caso real. 2. Método Se considerará un volumen de control el cual está siendo atravesado por dos corrientes de agua independientes entre sí, pero que interactúan térmicamente entre ellas, mientras atraviesan el volumen de control. Observando que la energía que entra al volumen de control es igual a la energía que sale cuando este esta en estado estable. 3. Equipo requerido. Intercambiador de calor. 4 termocuplas. 2 medidores de flujo. Sistema de adquisición datos. 2 bombas de agua. 1 caldera. 4. Teoría Un sistema termodinámico arbitrario que se encuentre en un estado termodinámico cualquiera, posee una energía total E, igual a la suma de la energía cinética Ec del movimiento mecánico del sistema en conjunto (o de sus partes macroscópicas), la energía potencial Ep del sistema en los campos de fuerzas externas (electromagnético y de gravitación), y la energía interna U. E = Ec + Ep + U.

volumen de control. Observando que la energía que entra al volumen de control es igual a la energía que sale cuando este esta en estado estable. 3. Equipo requerido. Intercambiador de calor.

2 Se llama energía interna de un cuerpo o sistema termodinámico, la energía que sólo depende del estado termodinámico del cuerpo (sistema). Para un sistema en reposo que no se encuentra en campos de fuerza s, la energía interna coincide con la total. La energía interna incluye en sí misma la energía de todas las formas de movimientos s que existen e el sistema y la energía de interacción de todas las partículas (átomos, moléculas, iones, etc.) que lo componen. La cantidad de energía interna de un volumen de control puede cambiar cuando este sistema interactúa con el medio ambiente, las formas de interacción son el trabajo W &, el calor Q& y el flujo de masa m&.suponiendo que la energía mecánica permanece constante, el cambio de energía interna para un volumen de control la expresamos matemáticamente: du dt Ve Vs = Q& vc W& vc + m& e he + + gze m& s hs + + gzs 2 2 En palabras decimos que la rapidez con que cambia la energía interna de un volumen de control, es igual a la rapidez con que intercambia calor mas la rapidez con la que realiza trabajo (potencia) mas la rapidez con que sale y/o entra energía acompañando a la masa que atraviesa la frontera del volumen de control. 5. Procedimiento Observe el sistema a utilizar, el cual consta de un intercambiador de calor de doble tubo. Identifique los tubos y, cada uno de estos tubos tiene conectados un medidor de flujo y una bomba, además de termocuplas para medir las temperaturas del flujo a la entrada y a la salida de estos. Las termocuplas están conectadas a un sistema de adquisición de datos. La dirección del flujo del tubo puede cambiarse

La energía interna incluye en sí misma la energía de todas las formas de movimientos s que existen e el sistema y la energía de interacción de todas las partículas (átomos, moléculas, iones, etc.

3 manipulando un juego de válvulas, pudiendo tenerse flujos en el mismo sentido o flujos en sentido contrario. Coloque las válvulas para que el flujo sea en el mismo sentido en los dos tubos. Encienda el sistema de adquisición de datos y observe los valores de las temperaturas que se muestran en la pantalla, estas deben mostrar la temperatura ambiente, las pequeñas diferencias se deben a la calibración de las termocuplas, en nuestro caso no nos afectan debido a que lo que nos interesa son las diferencias de temperatura. El instructor hará las correcciones necesarias para que todos los valores sean iguales, en su defecto, el estudiante tomará estos datos de temperatura para hacer las correcciones necesarias en los cálculos de su reporte. Conecte las bombas y regule el flujo proporcionado por ellas, con el control de los medidores de flujo, a 10 GPH. Encienda la caldera y ajústela a 40 V. Observe en la pantalla de la computadora las curvas de las temperaturas en función del tiempo y espere a que el sistema llegue al estado estable.

la calibración de las termocuplas, en nuestro caso no nos afectan debido a que lo que nos interesa son las diferencias de temperatura.

4 Complete la siguiente tabla Disminuya el flujo del tubo hasta 5 GPH, espere que llegue a estado estable y llene la tabla siguiente: Apague la caldera llevando el voltaje a 0 V. Cambie el sentido del flujo del tubo manipulando las llaves correspondientes. Encienda la caldera a 40 V. Regule ambos flujos a 10 GPH. Espere a que se alcance el estado estable. Llene la siguiente tabla: Disminuya el flujo del tubo hasta 5 GPH, espere que llegue a estado estable y

Cambie el sentido del flujo del tubo manipulando las llaves correspondientes. Encienda la caldera a 40 V.

5 complete la tabla siguiente: Apague la caldera. Desconecte las bombas. 6. Resultados y Cálculos Investigue sobre el calor específico y sobre la densidad del agua utilizada. Para cada uno de los casos realizados haga el balance de energía (aplique la primera ley de la termodinámica), suponiendo que desconoce la temperatura de salida del tobo exterior. Para cada uno de los casos construya gráficos de temperatura contra longitud de los tubos, considerando una variación lineal de la temperatura dentro de los tubos. Compare la temperatura a la exterior encontrada en el balance de energía con la temperatura medida.

Para cada uno de los casos realizados haga el balance de energía (aplique la primera ley de la termodinámica), suponiendo que desconoce la temperatura de

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