Balance Enfiriamiento Fluido En Tanque

Fenómenos de Transporte.Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular LABORATORIO Nº 6 Balance Macroscópico de Energía Enfriamiento de un fluido en tanque agitado Objetivo: Predecir y verificar experimentalmente la variación en el tiempo de la temperatura en un tanque agitado. Introducción: Un recipiente contiene inicialmente una masa de agua m0 a una temperatura T0. En un instante dado (t = 0) comienza a calentarse agua de forma continua, siendo T1 la temperatura de la corriente de entrada. Para el planteamiento del problema se hacen las siguientes consideraciones: l. La densidad y el calor específico del agua no varían con la temperatura 2. La temperatura es uniforme en toda la masa de agua (mezclado perfecto) 3. Las paredes del recipiente son adiabáticas El ba1ance de energía es el siguiente: ⎡⎛ ⎞ ⎤ dET < v3 > + Φ ⎟ w⎥ + Q − W = − Δ ⎢⎜ H + ⎟ ⎥ 2 dt ⎢⎣⎜⎝ ⎠ ⎦

Se toma como volumen de control al fluido contenido en el tanque. El termino ET comprende la energía interna, cinética y potencial, pudiendo en este caso despreciar las dos últimas. Teniendo en cuenta que W = 0, que no hay corriente de salida w2 = 0 y que pueden despreciarse los términos de variación de energía cinética y potencial; el balance se reduce a: dU total = w1 H 1 dt

(1)

lo cual indica que la energía interna del sistema varía debido a la adición de fluido de entalpía H1. Teniendo en cuenta que: Utotal = ρ v Û

U = U0 + Cp(T-T0)

H1 = H0 + Cp(T1-T0)

donde T0 es la temperatura de referencia y tomando como temperatura de referencia la temperatura de entrada del fluido T0 = T1 queda U = U0+ Cp (T-T1)

H1 = H

A efectos de simplificar las ecuaciones gobernantes es lícito tomar como referencia U0 = 0 y H0 = 0. Entonces la ecuación (1) toma la forma:

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ρ ⋅ C p d [V (T − T1 )] dt

=0

(2)

Para establecer la funcionalidad del volumen con el tiempo se aplica el balance macroscópico de materia: dmT = − Δw = w 1 dt

mT = w1 ⋅ t + C1

m = m0 mT = w1 ⋅ t + m0

Si a t = 0

V =

y como

V =

m

ρ

m0 + w1 ⋅ t

ρ

su reemplazo en la ec (2) conduce a: d [(m0 + w1 ⋅ t )(T − T1 )] =0 dt

Resolviendo con la condición de contorno T = T0 a t = 0 resulta: ⎛w ⎞ (T0 − T1 ) = 1 + ⎜⎜ 1 ⎟⎟ ⋅ t (T − T1 ) ⎝ m0 ⎠

PRÁCTICA: El equipo consiste en un recipiente térmicamente aislado donde la entrada de fluido se realiza de tal forma que provoque el mezclado del fluido para uniformar la temperatura dentro del mismo. La temperatura del fluido en el recipiente se determina mediante una termocupla introducida en el seno de! fluido y. conectada a un registrador. 1. Regular el caudal de alimentación en 4 cm3/seg y estrangular la válvula. 2. Introducir en el recipiente 300 ml de agua en ebullición. 3. Medir la temperatura inicial (T0). 4. Abrir la válvula de alimentación. 5. Medir la temperatura del agua en función del tiempo y la temperatura de la corriente de entrada. 6. Medir el caudal de la corriente de entrada

Graficar (To – T1) / (T – T1) en función de t Obtener la pendiente del gráfico y comparada con el valor teórico (w1/m0).