LABORATORIO DE OPERACIONES UNITARIAS I

Transcripción

1 UNIVESIDD DE ZUI FCUD DE INGENIEÍ ESCUE DE INGENIEÍ QUÍMIC DEPMENO DE INGENIEÍ QUÍMIC BÁSIC BOOIO DE OPECIONES UNIIS I NSFEENCI DE CO EN UN SISEM DE SÓIDOS Profesora: Marianela Fernández

2 Objetivo General plicar la ecuación de Fourier en un sistema con barras sólidas de diferentes materiales.

3 Objetivos Específicos Determinar el calor transferido, suministrado y perdido en cada unidad. Determinar la conductividad térmica, resistencia térmica y conductancia del material de cada unidad. Determinar la resistencia térmica total en cada unidad.

4 Objetivos Específicos Graficar la relación entre la temperatura y la longitud de cada sistema de área constante. Determinar la cantidad de calor transferido en la unidad con área variable y compararla con el calor transferido para el mismo tipo de sólidos de área constante.

5 NSFEENCI DE CO Calor Es una forma de energía asociada al movimiento de los átomos, moléculas y otras partículas ue forman la materia. El calor es una energía ue fluye de los cuerpos ue se encuentran a mayor temperatura a los de menor temperatura. ransferencia de Calor Es el proceso por el ue se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo ue están a distinta temperatura. Para ue exista una transferencia de calor debe de existir una diferencia de temperatura, la cual constituye la fuerza impulsora de la transferencia de calor.

6 NSFEENCI DE CO El paso de energía térmica desde un cuerpo caliente a uno frío. CUEPO CUEPO > Q Para ue exista transferencia de calor se necesita ue exista una diferencia de temperatura. a dirección o sentido de flujo de calor siempre va desde la temperatura más alta a la más baja.

7 NSFEENCI DE CO. Importancia y utilidad a transferencia de calor esta envuelta en muchos procesos industriales: Suministrar: Precalentar corrientes en un proceso, para alcanzar la temperatura de una reacción. Separar componentes en una columna de destilación. Producir el vapor en una caldera. etirar: En un reactor dependiendo si la reacción es endotérmica o exotérmica. En el agua de enfriamiento utilizada en los intercambiadores de calor en un proceso.

8 Euipos Industriales donde esta envuelta la transferencia de calor Intercambiadores de calor: Calentadores, condensadores orres de enfriamiento Calderas Evaporadores Secadores Hornos

9 MECNISMOS DE NSFEENCI DE CO a transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos:. CONDUCCIÓN.. CONVECCIÓN. 3. DICIÓN.

10 CONDUCCIÓN DE CO a conducción de calor es un mecanismo de transferencia de energía térmica entre dos sistemas basados en el contacto directo de sus partículas sin flujo neto de materia y ue tiende a igualar la temperatura dentro de un cuerpo y entre diferentes cuerpos en contacto. Se produce por el choue de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas. El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos.

11 CONVECCIÓN DE CO Es el modo en ue se transfiere la energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente (líuido o gas). Es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Se caracteriza porue ésta se produce a través del desplazamiento de partículas entre regiones con diferentes temperaturas. Se produce únicamente en materiales fluidos. Éstos al calentarse disminuyen su densidad y ascienden al ser desplazados por las porciones superiores ue se encuentran a menor temperatura. o ue se llama convección en sí, es el transporte de calor por por medio de las parcelas de fluido ascendente y descendente a transferencia de calor por convección se modela con la ey del Enfriamiento de Newton: Q t h s ( s inf h= Coeficiente de transferencia de calor )

12 DICIÓN DE CO a radiación térmica es la energía emitida por la materia ue se encuentra a una temperatura dada. Se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. Esta energía es transportada por ondas electromagnéticas o fotones, por lo ue recibe el nombre de radiación electromagnética. El calor se transfiere a través del espacio por ondas calóricas ue viajan en línea recta en todas direcciones Donde: σ: Constante de Stefan-Boltzmann ε: Emisividad de la superficie : Área : emperatura absoluta

13 CONDUCCIÓN DE CO El calor no se transmite con la misma facilidad por todos los cuerpos Buenos conductores: son auellos materiales paso de calor a través de ellos. ue permiten el Malos conductores: son auellos materiales resistencia al paso de calor a través de ellos. ue oponen mucha Se suelen utilizar como aislantes térmicos específicos materiales combinados de sólidos y gases: fibra de vidrio, lana de roca, vidrio expandido, poliestireno expandido, espuma de poliuretano, aglomerados de corcho, etc.

14 Conductividad térmica (k) Es una propiedad física intrínseca de los materiales ue valora la capacidad de conducir el calor a través de ellos. Capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras substancias con las ue está en contacto. Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio. El valor de la conductividad varía en función de la temperatura. a inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, ue es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.

15 Conductividad térmica (k) El coeficiente de conductividad térmica (k), representa la cantidad de calor necesario por m, para ue atravesando durante la unidad de tiempo, m de material obtenga un diferencia de ºC de temperatura entre las dos caras.

16 ey de conducción de calor: ey de Fourier a conducción térmica está determinada por la ley de Fourier. Establece ue la tasa de transferencia de calor por conducción en una dirección dada, es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calor y al gradiente de temperatura en esa dirección. Q x t k x donde Q x : es la tasa de flujo de calor ue atraviesa el área en la dirección x. a constante de proporcionalidad k : se llama conductividad térmica. : es la temperatura y t el tiempo. El signo menos indica ue la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura.

17 CONDUCCIÓN: plicaciones Prácticas Varillas r Z K K K d dz 0 dz kd ( ) K K( ) K( ) ( ) K Fuerza impulsora esistencia

18 CONDUCCIÓN: plicaciones Practicas Varillas en serie r Z k k 3 > 3 > > 3 K ) ( K 3 ) ( () () De () K ) ( K 3 ) ( De () ) ( ) ( ) ( 3 K K ()+() i K K ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( 3 3 3

19 Definiciones Básicas ESISENCI EMIC () Z K Z CONDUCNCI (C) CO PEDIDO Q PEDIDO = Q SUMINISDO - Q NSFEIDO transferido. mcp

20 Conducción Varillas área variable dz d K 0 Z kd dz Z r b az r Z r Z r, 0, b a Z r Z k Z k Z ) ( ) (

21 Procedimiento Experimental Unidad 5: Sistema de agua ue se transporta por las 4 unidades. Unidad : Barra Fe, Cu y Fe Unidad : Barra Fe, l y Mg Unidad 3: Fe =variable Unidad 4: Fe = Cte Indicador de emperatura Vatímetro

22 Hoja de oma de Datos Experiencia. Valores de las temperaturas medidas para cada termocupla en las unidades EMOCUP UNIDD I UNIDD II UNIDD III UNIDD IV (ºC) (ºC) (ºC) (ºC)

23 Hoja de oma de Datos Experiencia. iempo promedio de llenado de un cilindro de 30ml de agua de cada unidad UNIDD 3 4 IEMPO (s) Experiencia 3. iempo Valores de temperatura entrada y salida del agua en cada unidad. UNIDD END (ºC) SID (ºC) 3 4

24 Hoja de oma de Datos Experiencia 4. Calor suministrado por la resistencia para cada unidad UNIDD y Q SUMINISDO (W) 3 y 4 Experiencia 5. Valores de las distancias entre termocuplas. ermocupla x (m) Material ( C) K (W/m C) ( C/W) C (W/ C)

25 Seguridad entes de seguridad Bata Guantes érmicos