CALENTAMIENTO EN UN U N TANQUE AGITADO BALANCE MICROSCOPICO DE ENERGIA
1. OBJET JETIVO IVO
-
Obse Observ rvar ar exper experim imen enta talm lmen ente te la evol evoluc ució ión n de la temp temper erat atur ura a del del fuid fuido o contenido en el tanque con el tiempo de calentamiento. Deter Determin minar ar el valor valor numér numérico ico para para el produ producto cto UA y deter determin minar ar el valor valor del del coeciente global de c. !on !on el val valor medi medido do UA y util tili"an i"ando do la ecua cuación ción #$%& #$%& det determ ermina inar la temperatu temperatura ra del fuido fuido para cada cada tiempo tiempo experime experimental ntal y se com compar para a los resultados experimentales con los calculados.
2. MARC MARCO O TE TEOR ORIC ICO O
'n un tanque tanque enc(aquetad enc(aquetado o o encamisado por el que circula un fuido ) en el interior del tanque se (alla un fuido a temperatura & existe un intercambio de calor entre ambos fuidos& si dic(as temperaturas son di*erentes. +i m es la masa del fuido contenido en el tanque y menor que ) la variación de la temperatura del fuido con el tiempo pertenece al reali"ar el balance de calor considerando despreciar las pérdidas de calor por convección y radiación (acia el exterior por balance de calor se tiene, entrada o ingreso acumulación. 'n la entrada o ingreso el fuido contenido en el tanque recibe calor del fuido que circula por la c(aqueta a través del area de intercambio del tanque se tiene /) UA #) 0 % 1 #2% Donde /) 3lu4o de calor que entra al tanque U !oeciente global de c A Area del intercambiador ) emperatura del fuido que circula por la c(aqueta emperatura emperatura del del fuido contenido contenido en el tanque tanque peque5o Acumu Acumula lació ción, n, el calor calor que se trans transer ere e al interi interior or del tanqu tanque e (ace (ace que que la temperatura aumente debido a que varia su contenido energético energético y se tiene /A d#m6!p6%7dt 1 #8% Donde /A !audal de calor acumulado m 9asa del fuido contenido en el tanque peque5o !p !alor especico del fuido contenido en el tanque peque5o :a masa en el interior del tanque no var;a y se considera que su calor especico es independiente de la temperatura y se tiene /A #m6!p <cte6d%7dt 1 #=%
!alor de ingreso U6A # ) 0 % m6!p6>7dt 1 #?% 'sto es una ecuación di*erencial de variables dt7#) 0 % #U6A7m6!p% dt 1 #@% +i se considera el valor medio de U esta ecuación puede integrarse en las condiciones l;mites& para cuando el tiempo es igual a cero& entonces se tiene que O y cuando el tiempo t t i se tiene que i& integrando :n #) 0 % - UA 6t 1 #% #) 0 O% m6!p De la que se obtiene la variación de la temperatura del fuido del tanque con el tiempo de calentamiento. ) 0 #) 0 O% e
0UA6t7m!p
3. MATERIALES
-
)omba anque enc(aquetado 3luido en el interior del tanque
4. METODO
-
!argar el agua en el tanque cale*actor& se traba4a la temperatura ). Una ve" que el agua cale*actora se encuentra a una temperatura se (ace circular por la camisa del enc(aquetado c. !olocar en el tanque peque5o el producto deseado previamente se debe determinar la masa. !onectar la agitación. A intervalo de tiempo se mide la temperatura del fuido que se (alla en el interior del tanque enc(aquetado y a la salida del enc(aquetado. Determinación de U mA para determinación teórica de la temperatura del fuido que estB calentando. Utili"ando la ecuación #$% es preciso conocer el valor del coeciente global de c y la supercie del cambio de calor.
'l cBlculo del producto U mA se tiene •
•
Primer Método: Determinar el Brea C! #Brea del enc(aquetado% y utili"ando los valores del acero inoxidable. Segundo Método: !omo es di*;cil determinar con exactitud el Brea del C! se intenta estimar un valor medio U mA para cada intervalo de tiempo considerado.
ti A pesar que el coeciente global U varia con la temperatura puede considerarse un valor medio para cada intervalo de temperatura del fuido del tanque se puede considerar como temperatura media m # O E i%78 el caudal de calor transmitido a través de la supercie de intercambio de tiene / UmA #) 0 m% 1 #F% Al igualar las ecuaciones #% y #F% se puede determinar el valor medio U mA donde UmA m6!p6#i 0 O% ti #) 0 m% •
Tercer Método: !omparación empirica mediante un a4uste no lineal de los valores experimentales de la ecuación #$% mediante un a4uste lineal de la ecuación #%.
5. RESULTADOS Y DISCUSION
@.2.
!onstruir la siguiente tabla de resultados
t (mi!
T" T#$%& (T!
T" R&#'t) (TB!
T" S#*i+#
G = F 28 2@ 2 82 8? 8$ =G == = =F ?8
?? ?@ ?$ ? @G @8 @? @ @ G 8 ? @ $
=$ ?$ @G @8 @? @ @ @F 2 = ? $ F $G
=$ ?$ @G @8 @? @ @ @F 2 = ? $ F $G
@.8. Hepresentar grBcamente la variación de la temperatura del fuido contenido en el tanque con el tiempo de calentamiento.
G)#,'# 1- T" / t $G @ G T" T#$%&
@@ @G ?@ ?G G
=
F 28 2@ 2 82 8? 8$ =G == = =F ?8 Ti&m0mi.
@.=.
Determinar del valor del producto UmA por los = métodos antes descritos.
Primer Método:
UmA (1"!
UmA (2"!
= F 28 2@ 2 82 8? 8$ =G == = =F ?8
.8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@ .8@
2$.$ 88.88 F. 2$.$ 2$.$ 2$.$ 88.88 88.88 88.88 8F.= 8F.= 2$.$ 8F.= 2$.$
UmA (3"!
@.?. Obtener mediante la ecuación #$% los valores de la temperatura del fuido del tanque para los mismos tiempos experimentales para cada uno de los procesos.
@.@. Hepresentar los resultados experimentales. @.. !omparar los resultados experimentales con los teóricos y explicar la posible discrepancia de los resultados.
t (mi!
T" T#$%& (T!
T" R&#'t) (TB!
T" S#*i+#
G = F 28 2@ 2 82 8? 8$ =G == = =F ?8
?? ?@ ?$ ? @G @8 @? @ @ G 8 ? @ $
=$ ?$ @G @8 @? @ @ @F 2 = ? $ F $G
=$ ?$ @G @8 @? @ @ @F 2 = ? $ F $G
− UA
) -#)-o%
e mCp
.t
− 88
2 =$ -#=$-??%
e
.3
8 x 510
??.? 8 ??.=G #s% = [email protected] ? ?.8 @ ?$.$G ?F.2? $@2.28 @8.@2 F@?.G= 2G@.=? 22@$.= @.$. !omparar los resultados de U mA obtenidos y discutir los resultados. :a di*erencia de los valores teoricos con los experimentales de debe bBsicamente a que en los valores teoricos se desprecia la perdida de calor. :os datos teoricos se considera un C! sin corrosión& debido al uso y el tiempo del tanque este posee partes corro;das& las que no estBn siendo consideradas.
