guia para laboratorios calor i

Universidad de AméricaVicerrectoria Académica y de Posgrado

UNIVERSIDAD DE AMERICA

FACULTAD DE INGENIERÌA QUIMICA

PRACTICAS DE LABORATORIO

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR I

ELABORADO POR:

ALVARO BERMUDEZ CORONEL

REVISADO:

BOGOTA, D.C., Abril de 2010

INDUCCIÓN Y COMPROMISOSProfesor(a) _________________________________Fecha__________________Curso______________________________Asignatura_____________________

Se trataron los siguientes aspectos:- Presentación.- Horario.


- Los objetivos y logros a alcanzar.- El programa por sesiones y fechas.- Las evaluaciones programadas con porcentajes, asignados así: Dos cortes del

30% y uno del 40% distribuido de la siguiente manera. Quices y o participación_______ preinformes__________, desempeño en el laboratorio______, informes e investigación ____________.

- Las fechas de realización, entrega y forma de presentación de informes y preinformes. Según calendario de la Universidad.

- Se entregó formato donde aparece estipulado la forma de presentación de informes y preinformes. Los informes deben entregarse ocho días calendario una vez realizada la practica. Debe ir firmado por cada uno de los integrantes del grupo.

- El pre informe se entregará firmado al comenzar la práctica. Aprobado por el docente.

- La metodología a desarrollar. El estudiante investigara y preparara de antemano un preinforme sobre la practica a realizara de acuerdo a la bibliografía recomendada. Responderá los cuestionarios e investigaciones programadas y planteadas en las guías. Demostrará que ha preparado la guía retrolalimentando la práctica a realizar, asistido por el docente al comenzar la sesión de laboratorio. Realizará la práctica, desarrollará un informe de laboratorio por grupo de trabajo. El docente aclarara las dudas sobre la práctica, hará un acompañamiento y asesoría continua, evaluara por medio de quices y o participación, preinformes, informes, desempeño del estudiante en el laboratorio, investigación.

- Hora de atención o asesoría del docente a los estudiantes: Según programación de la Universidad. y Se firmará la asistencia del estudiante a la asesoría según formatos de la Universidad.

- Se firmara un acta de control de inducción y por sesión de laboratorio; con el propósito de llevar un control riguroso de la asistencia.

- Se firmará el compromiso estudiantil para el correcto uso de los laboratorios de la Universidad.

- Bibliografía- Requisitos para entrar al laboratorio, compromiso, responsabilidades y

recomendaciones como; recordar el reglamento estudiantil, reglamento de los laboratorios respecto a seguridad y entrega de materiales entre otros.

- Se verá el CD institucional sobre seguridad y riesgos químicos.- Fecha de entrega de notas parciales y totales por parte del docente- Subgrupos de trabajo - Solución de dudas respecto a los temas tratados- Compromisos: Nos comprometemos a dar lo mejor de nosotros y

comunicar al profesor(a) si durante el semestre, tenemos alguna inquietud o deseamos algún cambio en la metodología con el propósito de mejorar el proceso enseñanza aprendizaje.

REQUISITOS DEL PRE INFORME

- Presentación al comenzar la práctica (Según formato)


- Universidad, Facultad, Departamento, - Asignatura, Nombre de la práctica, - Grupo, Subgrupo. - Nombre del profesor. - Nombre del alumno y código.- ciudad y fecha.- Objetivo general y Objetivos Específicos- Diagrama de flujo del procedimiento- Equipos, materiales y accesorios para la realización de la práctica y/o

modelos matemáticos. Según aplique.- Modelos matematicos.- Efectuar previamente los cálculos que se requieren para la realización

de la práctica- Ficha se seguridad (un resumen no copia) de reactivos y productos

cuando aplique.

Nota: El pre informe debe presentarse en computador en el formato.

PRESENTACIÓN DEL INFORME (Máximo 4 hojas)

- Presentación en grupo de trabajo, en la Fecha y Hora señalada.- Portada: Universidad, Facultad, Departamento, Asignatura, - Nombre de la práctica, - Grupo, Sub-grupo.- Nombre del profesor, Integrantes, códigos y FIRMA, Fecha y Hora.- Objetivos (generales y específicos) - Resumen del marco teórico en 10 renglones.- Tablas de datos y resultados, marcadas y con título; con las

correspondientes unidades.- Reacciones y/o modelos matematicos- Discusión y análisis de resultados.- Conclusiones relacionadas con los objetivos, resultados y teoría.- Bibliografía, con capitulo y página, según normas ICONTEC actualizadas.- ANEXOS: Preguntas, investigación, Cálculos numéricos de la práctica.

Montajes realizados, Normas de calidad o decretos vigentes (según el semestre).

Nota: Tener en cuenta causas de error y la parte estadística para el manejo de los cálculos numéricos.

No se aceptan copias de Internet, ni informes parcial o totalmente iguales. Esto es causa de anulación el trabajo.


FORMATO DE PREINFORMENOMBRES FECHA PRÁCTICA

GRUPO SUBGRUPO

OBJETIVOS PROCEDIMIENTO- DIAGRAMA DE FLUJO

OBSERVACIONES, REACCIONES, CÁLCULOS, RESULTADOS

FIRMA DEL PROFESOR_____________________

ESPECÍFICOS

TRANSFERENCIA DE CALOR ITABLA DE CONTENIDO

Página


INDUCCION A LA ASIGANTURA Y COMPROMISOS…………………….

TABLA DE CONTENIDO ………………………………………………………

PRÁCTICA NÚMERO 1 AISLAMIENTO TERMICO……………………………………………………….

PRÁCTICA NÚMERO 2 SISTEMAS TRANSITORIOS, ENFRIAMIENTO GLOBAL O DE RESISTENCIA CONCENTRADAS………………………………………………….. ……………………

PRÁCTICA NÚMERO 3 COEFICIENTE DE CONVECCION PARA UNA PLACA PLANA ………………………………………………….. ……………………

PRÁCTICA NÚMERO 4 ANALISIS CUALITATIVO DE LA TRASFERENCIA DE CALOR POR RADIACION………………………………………………….. ……………………

BIBLIOGRAFÍA GENERAL (si la hay)…………………………………………………

ANEXOS (si los hay)………………………………………………………………………


PRÁCTICA Nº1

AISLAMIENTO TERMICO

1.1. Objetivos 1.1.1 Objetivo General

- Analizar el fenómeno de transferencia de calor en ausencia de aislamiento y con la presencia de aislamientos, teniendo en cuenta el tipo de materiales (conductividad térmica) y espesor.

1.1.2. Objetivos Específicos - Realizar el montaje de un sistema aislado y no aislado.- Analizar los efectos de los materiales como conductores o no

conductores.- Determinar la resistencia conductiva.- Identificar la presentación y características de los aislamientos

comerciales (catálogos y usos).

1.2. Marco TeóricoEn estado estacionario, unidimensional y sin generación de calor, siguiendo la teoría de Fourier podemos determinar la resistencia de un material al paso de la energía ya que se cumple la siguiente igualdad:

Por tanto si conocemos Q, T y los parámetros dimensionales área y espesor se podrá determinar la resistencia ejercida por el material de aislamiento.

Por otra parte se tiene que , de esta manera si conocemos una de las resistencias y los gradientes de temperatura podemos hallar la otra resistencia.

Para un tiempo muy corto (0) se puede plantear la siguiente aproximación:

La resistencia térmica permite hallar la conductividad térmica del material o por lo

menos entender de manera cualitativa su efecto.

1.3. Materiales y Reactivos - Recipientes metálicos.


- Cubiertas de aislamiento.- Medidor de espesores - calibrador.- Termómetros.- Cronometro.- Vaso de precipitados 2 L.- Estufa

1.4. Procedimiento experimental- En un vaso ponga a hervir 2 000 mL de agua, una vez haya alcanzado el

punto de ebullición llene los recipientes de prueba (previamente los recipientes se deben haber identificado A y B) introduzca los termómetros para monitorear la temperatura. Deje sin aislamiento al recipiente A, al recipiente B cúbralo con el material de aislamiento numero 1 y monitoree la temperatura durante 10 minutos, tomando datos cada 20 segundos, tanto del recipiente aislado, como del recipiente no aislado. Nota, el registro de la temperatura debe iniciarse cunado en los dos recipientes se haya alcanzado el mismo valor. Retire el agua y vuelva a llenar con agua en ebullición, cubra ahora el recipiente B con el material de aislamiento numero 2 y monitoree la temperatura durante 10 minutos, tomado datos cada 20 segundos, tanto del recipiente aislado, como del recipiente no aislado. Seleccione uno de los materiales, cambie el espesor y repita el procedimiento

1.5. Formulación de preguntas y/o actividades.

- Explique la diferencia entre un sistema estacionario y uno transitorio.- Grafique la variación de la temperatura con el tiempo T vs .- Escriba los modelos matemáticos diferenciales que interpretan el fenómeno

(aproximación matemática) y los modelos matemáticos de aplicación o desarrollados.

- Describa las principales características que debe exhibir un material de aislamiento térmico.

1.6. Cuidados y normas de seguridadRevisar las normas de seguridad que se debe tener en cuenta en el laboratorio, teniendo en cuenta el reglamento de los laboratorios.

1.7. Disposición de ResiduosNo aplica.

1.8. Bibliografía


- CENGEL, Y. Transferencia de Calor y Masa. Editorial MacGraw-Hill. 2007.- HOLMAN. Transferencia de Calor. Editorial MacGraw-Hill. 2000.- INCROPERA, F y DEWITT, D. Fundamentos de Transferencia de Calor.

Editorial Prentice Hall. 1999.- KREITH, F y BOHN, M. Principios de Transferencia de Calor. Editorial

Thomson Learning. 2001.- CENGEL YUNUS A. Transferencia de Calor.. McGraw Hill.- MILLS A. F. Transferencia de calor.. McGraw Hill.- Mc ADAMS W. Heat Transmission.. Mc Graw Hill- PITTS AND SIPSON Transferencia de calor.. Serie Schaum.- CHAPMAN Heat Trasfer.


PRÁCTICA No. 2

SISTEMAS TRANSITORIOS, ENFRIAMIENTO GLOBAL O DE RESISTENCIA CONCENTRADAS

2.1. Objetivos2.1.1. Objetivo General- Analizar de manera cualitativa y cuantitativa la transferencia de calor

transitoria con resistencia interna despreciable..

2.1.2 Objetivos específicos- Conocer casos en los cuales es posible modelar el calentamiento o

enfriamiento bajo las condicione de resistencia interna despreciable.- Graficar T vs

- Graficar

- Hallar el numero de Bi- Restricciones para la aplicación del método y modelo matemático.

2.2. Marco TeóricoLa esencia de la consideración de la resistencia interna despreciable es que la temperatura en el sólido es uniforme en las tres dimensiones, para un instante dado, durante el proceso transitorio, esto conduce a que el gradiente de temperatura dentro del sólido sea aproximadamente cero.

.

2.3. Materiales y Reactivos- Lámina metálica.

- Termómetros

- Cronometro

- Calibrador

- Pinzas

- Soporte

- Pinzas.


2.4. Procedimiento:

Tomar una lamina de espesor muy delgado, calentarla en la mufla u horno hasta una temperatura entre 200 oC y 250 oC.Tomar un punto de referencia y tomar la temperatura superficial inicialmente cada 15 segundos (5 minutos) y posteriormente cada 30 segundos (5 minutos) para un total de 10 minutos. A partir de esta información, demostrar si el fenómeno sigue lo establecido en la teoría, linealizar y hallar la constante adimensional de tiempo..

T Bi

Lc hCp k BiT Fo

2.5. Cuestionario

- ¿Cual es el fundamento físico del sistema transitorio con resistencia interna despreciable?

- ¿Cuál es el significado físico del número de Biot y de Fourier?- ¿Permanece constante el coeficiente de convección a lo largo del proceso

transitorio?

2.6. Cuidados y normas de seguridadRevisar las normas de seguridad que se debe tener en cuenta en el laboratorio, el reglamento de los laboratorios.


2.8. Bibliografía


PRÁCTICA No. 3

COEFICIENTE DE CONVECCION PARA UNA PLACA PLANA

3.1. Objetivos3.1.1. Objetivo General- Determinar de manera experimental el coeficiente de convección y el

coeficiente de convección y radiación combinado para una placa plana, a partir del principio de régimen transitorio con resistencia interna despreciable, tanto para convección natural como forzada.

3.1.2 Objetivos específicos- Determinar el coeficiente de convección y radiación combinados.

- Describir físicamente el fenómeno de convección natural.- Restricciones para la aplicación del método y modelo matemático.

3.2. Marco TeóricoEl fenómeno de convección natural o libre se debe a las fuerzas de empuje originadas por la presencia de gradientes de densidad y de una fuerza de gravitacional. El fenómeno de convección forzada se da cuando existen fuerzas externas que generan un movimiento del fluido alrededor del cuerpo (un ventilador, un agitador, etc.) o el cuerpo es forzado a desplazarse dentro de un fluido (el ala de un avión, un carro en movimiento). Si se conocen las dimensiones y la capacidad calorífica de un sólido es posible hallar el coeficiente de convección puntal o promedio, a partir de la ecuación:

De igual manera para el coeficiente combinado:


- Termómetros


- Cronometro

- Calibrador

- Pinzas

- Soporte

- Pinzas.

3.4. Procedimiento:

Calentar una lámina (acero oxidado) por encima de 300 0C y cuando este entre 290 0C y 300 0C exponerla al ambiente durante 10 minutos, tomando datos de temperatura superficial cada 15 segundos durante los 5 primeros, luego cada 30 segundo hasta completar los 10 minutos. Calentar nuevamente la placa y exponerla ahora a un flujo de aire a velocidad constante, medida con el anemómetro. Tomar los datos de igual manera a lo expuesto en el ejercicio anterior. Hallar para ambos casos el coeficiente combinado, el coeficiente de convección y el coeficiente de radiación, comprar los resultados con los cálculos teóricos.

T

Lc 0,6Cp k

T =Ta Bi

3.5. Cuestionario


- ¿Indique las diferencias entre convección natural y forzada?- ¿Cómo varía el coeficiente de radiación con la temperatura?- ¿Permanece constante el coeficiente de convección a lo largo del proceso

transitorio?



3.8. Bibliografía





PRÁCTICA No. 4

ANALISIS CUALITATIVO DE LA TRASFERENCIA DE CALOR POR RADIACION

4.1. Objetivos4.1.1. Objetivo General- Evidenciar de manera experimental (cualitativa) el efecto que tienen los

materiales, acabados superficiales y colores en la transferencia de calor por radiación.

4.1.2 Objetivos específicos- Determinar como varia la absorbancia con la longitud de onda

(colores).- Describir físicamente el fenómeno de radiación térmica.- Restricciones para la aplicación del método y modelo matemático.

3.2. Marco TeóricoTodos los cuerpos con temperatura superior a 0 K emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada. De igual manera dependiendo de las características del material cuando este se pone en contacto con radiación electromagnética, puede absorberla, transmitirla o reflejarla. Fenómeno que podemos observar de manera cotidiana con la ropa, ventanas y espejos.Describa de manera breve y concisa las consideraciones teóricas sobre la radiación térmica en cuerpos grises.


- Lámina de colores

- Termómetros

- Cronometro

- Pinzas

- Soporte - Lámpara

3.4. Procedimiento:

El laboratorio cuenta con un montaje para este tipo de práctica el cual incluye una lámpara, superficies metálicas y de cartón en distintos colores y acabados, el estudiante debe seleccionar una de ellas o un par de ellas, hacer un análisis de su

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica

http://es.wikipedia.org/wiki/Radiaci%C3%B3n_electromagn%C3%A9tica


funcionamiento. Describir de manera detallada las características del material, medir la temperatura superficial, exponer la placa a la luz de la lámpara y medir la temperatura superficial a intervalos de tiempo constantes hasta que tienda a un valor estable. Repetir el experimento con cada uno de los materiales disponibles.

3.5. Cuestionario

- ¿Influye el color en el calentamiento de la placa?- ¿Por qué las superficies lisas y brillantes absorben la radiación de manera

diferente a las rugosas y opacas?- ¿Qué es el factor de forma?- ¿Cuál es la diferencia entre emisividad y absorbancia?



3.8. Bibliografía




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