Practicas ley-de-defick-furier-obtencion-de-temeparatura-2

Instituto Tecnológico de Mexicali
Practica: Ley de fick
Materia: Laboratorio integral I
Profesor: Norman Rivera Pasos
Fecha:
19 de noviembre del 2015
Integrantes:
Amador Liera Karen Esperanza
Ceballos Soto Alexandra
García Aguilera Paulina
García Flores Víctor Emmanuel
Meza Alvarado Jair Alexis
Meza Green Leonardo Alfonso
Martínez Moreno Miroslava
Navarro Orrantia Alicia

Marco teórico
Ley de fick
Es una ley cuantitativa en forma de ecuación diferencial, la cual describe diversos
casos de difusión de materia o energía en un medio en el que inicialmente no existe
equilibrio químico o térmico. Recibe su nombre de Adolf Fick, que las derivó en 1855.
La ley de Fick nos dice que el flujo difusivo que atraviesa una superficie (J en mol cm -2
s -1) es directamente proporcional al gradiente de concentración. El coeficiente de
proporcionalidad se llama coeficiente de difusión (D, en cm 2 s -1 ).
La primera Ley de Fick determina el flujo neto de átomos:
El signo negativo indica el movimiento de los átomos de la concentración más alta a la
más baja
En situaciones en las que existen gradientes de concentración de una sustancia, o de
temperatura; se produce un flujo de partículas o de calor, tiende a homogeneizar la
disolución y uniformizar la concentración o la temperatura. El flujo homogenizador es
una consecuencia estadística del movimiento azaroso de las partículas que da lugar al
segundo principio de la termodinámica, conocido también como movimiento térmico
casual de las partículas. Es así como los procesos físicos de difusión pueden ser vistos
como procesos físicos o termodinámicos irreversibles.
Durante la difusión hay varios factores que afectan el flujo de los átomos:
Gradiente de concentración.
El gradiente de concentración muestra la forma en que la composición del material
varía con la distancia; ∆c es la diferencia de concentración a lo largo de una distancia

∆x. El gradiente de concentración puede crearse al poner en contacto dos materiales
de composición distinta cuando un gas o un líquido entra en contacto con un material
sólido.
Material
o Vasos de precipitado
o Colorantes
o Cronometo
Análisis
En nuestra práctica de la comprobación de coeficiente de difusión, tuvimos que usar
dos componentes debido a que nuestro primer componente que fue el etanol su
difusión era muy rápida no había ningún lapso para contar el tiempo en que tardaba en
esparcirse dentro del agua, tampoco se podía observar la distancia de componente que
terminaba caer , después de varios intentos utilizando diferentes materiales donde
colocamos nuestro solvente porque pensamos que el recipiente era el causante de que
no se pudiera observar el fenómeno, decidimos utilizar ácido acético otro componente
con una densidad mayor a la del etanol, este componente se adaptó más a las
necesidades de nuestros cálculos , ya que la difusión de este componente fue más
observable su tiempo en esparcirse por el agua, así como también pudimos observar el
diámetro de la gota al salir del gotero y así obtener el área de sección transversal.

Cálculos
 Formula:
J A = -𝐷 𝐴𝐵 (
𝜌𝐴
𝑑𝑦
)
J =
𝑚
𝐴𝑡
∴
𝑚
𝐴𝑡
= -𝐷 𝐴𝐵 (
∆𝜌𝐴
∆𝑥
)
m = Masa del componente
A = Area de sección transversal
∆𝑥 = Distancia estimada
𝜌 = Densidad del componente
𝐷 𝐴𝐵 = Coeficiente de difusión del componente
Despejando 𝐷 𝐴𝐵
𝐷 𝐴𝐵 =
−𝑚 𝑥
𝐴 𝜌 𝐴 𝑡
 Datos
𝜌 = 1.05
𝑔𝑟
𝑐𝑚3 x(
1 𝐾𝑔
1000𝑔𝑟
) = 1.05 x 10-3 𝐾𝑔
𝑐𝑚3 x (
(100)3
1𝑚3 ) = 1050
𝐾𝑔
𝑐𝑚3
V= 1 gota = 0.05ml = 5 x 10-8 m3
Despejando de la fórmula de densidad para obtener la masa
𝜌 =
𝑚
𝑣
V𝜌 = m
(5 x 10-8 m3)( 1050
𝐾𝑔
𝑐𝑚3 ) = 5.25 x 10-5 Kg
Área de sección transversal
D= 2cm
𝐴 = 𝜋𝑟2

𝐴 = 𝜋(0.02𝑚)2
A = 0.0314m2
T = 4 Segundos
Distancia Estimada 2cm
Sustituyendo la formula
𝐷 𝐴𝐵 =
−𝑚 𝑥
𝐴 𝜌 𝐴 𝑡
𝐷 𝐴𝐵 =
−(5.25 𝑥10−5
𝐾𝑔) (0.04𝑚)
(0.0314𝑚3
)(1050
𝐾𝑔
𝑚3(4𝑠)
Coeficiente de difusión del Ácido Acético Experimental
𝐷 𝐴𝐵 = -1.5 x 10 -9 𝑚2
𝑠
Coeficiente de difusión del Ácido Acético Teórico
1.21 x 10 -9 𝑚2
𝑠
Conclusión:
Cambiando de compuesto pudimos observar la difusión gracias al colorante y en video
como es que el área cambiaba al momento de llegar al fondo del recipiente, la difusión
liquido-liquido es más sencilla que percibirla en gases pues no nos basamos en
nuestros sentidos para determinar el tiempo. El cálculo se aproximó mucho a los datos
experimentales, la práctica se llevó a cabo correctamente, por un momento tuvimos
dificultades pero pudimos sobrellevarla.

Practica: Ley de Fourier
Fecha:
Integrantes:

Material
 Dos soportes universales
 Dos pinzas
 Una placa de aluminio
 Un mechero
 Termómetro de infrarrojo
Análisis
Esta práctica la tuvimos que realizar tres veces debido a que nuestros resultados no se
acercaban ni por lo menos un poco al valor teórico del coeficiente de conductividad
térmica, utilizamos varias técnicas para poder encontrar nuestro error pensamos que
fue el medio que utilizamos, que los materiales y equipo utilizado no funcionaba, las
condiciones no eran favorables, quizá hablamos mucho, no tomamos bien las medidas
y esto afectaba nuestros cálculos. Ya en la tercera ocasión que realizamos nuestra
practica el resultado arrojado era un valor muy alejado del valor de K donde utilizamos
un área rectangular, pero como en esta práctica utilizamos un vaso de precipitado la
cual su base era circular que fue calentado arriba de una placa metálica de aluminio
optamos por utilizar el área de la placa ocupada por el vaso, finalmente al sustituir esta
área fue así como obtuvimos un valor muy cercano al coeficiente de conductividad
térmica.
Cálculos
Q=mCpT2-T1
dQ= Q/t
q’’= q/A
K=- q’’*dx/dt
Experimental:
Aluminio:K=374.3 J
Teroria:
Aluminio:209.3 J
Conclusión:

Fue difícil plantear un experimento que nos pudiese ayudar a determinar K y eso se vio
reflejado en nuestros múltiples intentos, el problema fue que intentamos obtener Q
(calor) utilizando la misma fórmula siendo que había más maneras de obtener este
valor. Se trabajó duro para obtener un resultado aceptable en esta práctica y no fue así
hasta que se nos aconsejó como hacerla, hubo frustración entre los integrantes del
equipo pero la práctica a fin de cuentas fue realizada, obteniendo así un resultado
aceptable.

Practica: Obtención de perfil de temperatura
Fecha:
Integrantes:

Introducción
En esta práctica calentaremos una varilla de aluminio con una plancha de metal la cual
estará tocando un punto de esta varilla la cual estará verticalmente después de que la
parte superior de la varilla llegue a un punto o temperatura estable o no cambie
proseguiremos con el experimento que consiste en tomar la temperatura de la varilla
cada 5 cm de abajo asi arriba y comprobar que disminuye conforme se aleja de la
fuente de calor.
MARCO TEORICO
Los cuerpos, sometidos a la influencia de una fuente calórica, se calientan, es decir,
absorben parte del calor transmitido. También esos cuerpos, en función del material de
que están constituidos, no absorben ese calor de la misma forma e intensidad. El calor
absorbido por el cuerpo lo recorre interiormente, desde la cara expuesta a la fuente
calórica, hasta la cara opuesta. Es decir desde una zona de mayor temperatura a otra
de menor temperatura. En este fenómeno, que se conoce con el nombre de
conductividad térmica, vemos que no todo el calor absorbido por la cara expuesta llega
hasta la opuesta. Esto lo podemos comprobar aplicando una mano sobre ambas caras,
con lo cual sentiremos que la cara opuesta está más fría que la expuesta. Esto significa
que el cuerpo opuso cierta resistencia al paso del calor por su interior; este fenómeno
se conoce como resistencia térmica del material. La propiedad de retener parte del
calor absorbido e impedir su paso total de una cara a la otra del cuerpo, es la
capacidad aislante al calor que posee el material. En un muro cualquiera de una
construcción, el calor imperante en el exterior, pasará a través de su masa al interior
del local, en la medida que su capacidad aislante lo permita. La transmitancia térmica,
es decir, la propiedad de los cuerpos de dejar pasar calor a través de su masa, deberá
entonces limitarse.
Material
Barra de aluminio con aislante
Plancha
Pinzas de nuez Soporte Universal
Termómetro de infrarrojo
Análisis
En esta práctica nos encontramos con la dificultad, que al usar la barra de aluminio con
la camisa de material de algodón y película de aluminio la medición de temperatura era
muy variable, a esta camisa se le hicieron cuatro orificios en diferentes puntos

dispersados sobre la camisa, en los cuales se realizaban las mediciones de
temperatura con el termómetro proporcionado por el profesor, se realizaron varios
intentos, se pensó que el termómetro no funcionaba bien, pero decidimos quitar la
camisa que envolvía a la barra de aluminio, después de hacer esto, se tomaron las
mismas mediciones en los mismos puntos y obtuvimos buenos resultados, gracias a
ello la temperatura medida era uniforme sobre toda la barra.
Cálculos
Longitud
cm
Temperatura
°C
5 115
10 99
15 96
20 84
25 65
Conclusión:
Afortunadamente encontramos un cilindro con una camisa lo cual nos permitió planear
nuestra práctica de manera más sencilla, nos quemamos un par de veces y hubo que
tomar múltiples mediciones de temperatura pues teníamos dificultad con uno de los
puntos del cilindro, a final de cuenta la gráfica dio una buena curva y la temperatura
estaba distribuida de acuerdo a la teoría. A comparación de prácticas anteriores esta
grafica no nos presentó mucha dificultad.
0
50
100
150
5 10 15 20 25
C
C

Practica: Determinar el enfriamiento de una superficie
Fecha:
Integrantes:

Introducción
Enfriamiento por aleta y sin aleta y su eficiencia
En esta práctica tenemos que encontrar experimentalmente la eficiencia de la aleta en
un material de aluminio y como es su convección libre sin aleta así podemos ver el
comportamiento de esta. La práctica se llevó a cabo con ayuda de una plancha y así
calentamos horizontalmente la superficie del material por cierto promedio de tiempo y
después de este tomamos la temperatura así comprobamos con y sin aleta.
Marco teórico
Al hablar de superficie extendida, se hace referencia a un sólido que
experimenta transferencia de energía por conducción dentro de sus límites, así
como transferencia de energía por convección e (y/o radiación) entre sus límites
y los alrededores. La aplicación más frecuente es aquella en la que se usa una
superficie extendida de manera específica para aumentar la rapidez de
transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo, Las aletas se usan
cuando el coeficiente de transferencia de calor por convección h es pequeño.
Caso A: Aleta con Convección en el extremo: Todas las aletas están expuestas
a convección desde el extremo, excepto cuando el mismo se encuentre aislado
o su temperatura sea igual a la del fluido. Para este caso se tiene:
1. Caso B: Aleta con extremo Adiabático: Se considera aleta de este tipo cuando
el área del extremo no intercambia calor con el fluido adyacente. Caso C: Aleta
de extremo con Temperatura Establecida: Cuando se conoce la temperatura en
el extremo de la aleta. Caso D: Aleta de Longitud Infinita
2. DESEMPEÑO DE UNA ALETA Se sabe que las aletas se utilizan para
aumentar la transferencia de calor de una fuente porque acrecientan el área
efectiva de superficie, pero la aleta como tal representa una resistencia a la
conducción del calor, por eso no hay seguridad de que la aleta aumente la
transferencia de calor por ello se define la efectividad y eficiencia de una aleta
como: EFECTIVIDAD DE UNA ALETA ( εf): La efectividad de una aleta se
determina con la ecuación: Ab: Area de contacto entre la base y la aleta
EFICIENCIA DE UNA ALETA (ηf ): La eficiencia de una aleta es la relación que
existe entre el calor (Qf) que se transfiere de una aleta con condiciones
determinadas, y la transferencia de calor máxima (Qmax) que existiría si esa
aleta estuviera a la máxima temperatura (la temperatura de la base).
3. Eficiencia Global En contraste con la eficiencia (ηf ) de una aleta, que
caracteriza el rendimiento solo de una aleta, la eficiencia global (ηo) caracteriza

a varias aletas similares y a la superficie base a la que se unen, por ejemplo los
que se muestran en la figura.
Material
 Un pedazo de metal con aleta en forma de T
 Plancha
 Termómetro Infrarrojo
Análisis
Cálculos
Cálculos
a) Sinaleta
b) Con aleta
c) La eficienciade unaaleta
d) q total
a)
q sinaleta=Ah (Ts - T∞)
A= 7.02X10-3 m2
h= 25 W/m2*k
Ts = 403 K
T∞= 294 K
q sinaleta=(7.02X10-3 m2 * 25 W/m2*k) (403 K- 294 K)
q sinaleta=19.12W
b)
q con aleta=√ℎ𝑝𝐾𝐴 𝜃𝑏 𝑡𝑎𝑛ℎ𝑚𝑙𝑐

h= 25 W/m2*k
p= .354 m
K= 209 W/m2*k
𝜃𝑏 = 69 𝐾
A=7.02X10-3 m2
q con aleta= √(25 W/m2*k) (.354 m) (209 W/m2*k) (7.02X10-3 m2) (69 K)
q con aleta= 22.46 W/m2*k
c)
ɳf =
tanh 𝑚𝐿𝑐
𝑚𝐿𝑐
m=√
2ℎ
𝐾𝑡
m= 15.46m
Lc= L+
𝑡
2
Lc= .06 m
ɳf=
tanh(15.45 𝑚∗ .06𝑚)
(15.45 𝑚∗ .06𝑚)
∗100
ɳf= 80.3 %
d)
q total= q sinaleta+ q con aleta
q total= (19.12W + 22.46 W/m2*k)
q total = 41.66 W/m2*k

Conclusión:
La placa de aluminio que utilizamos en prácticas anteriores una vez más nos ayudó
haciéndole un par de modificaciones, este experimento no era tan complicado
solamente teníamos que determinar el enfriamiento sin aleta y con aleta, de acuerdo a
lo realizado en el laboratorio el experimento cumplió con la teoría pues hubo
disminución de temperatura al momento de instalar la aleta a la placa de aluminio, lo
más complicado fue modificar la placa de aluminio, los cálculos no causaron tanto
problema pues ya están definidas las fórmulas para la forma de aleta que empleamos
en nuestro sistema.

Practica: Convención libre forzada
Fecha:
Integrantes:

Introducción
Convección libre forzada
En esta práctica probaremos tres maneras de convección por diferentes métodos
Calentaremos agua en tres recipientes iguales y en el mismo tiempo tomaremos la
temperatura de ellos después de haber aplicado cada método diferente para cada uno
de ellos
En el primero fue convección libre, el segundo por convección forzada mediante la
agitación el tercero y último también por forzada pero por el aire de un soplido. Ya al
pasar el tiempo que escogimos podemos tomar las temperaturas y comparar cual
método funciono mejor y así dar por terminada nuestra práctica.
1) Convección libre
La transferencia de Q por convección fue el único mecanismo que
interactuaba y fue el que disminuyo menos su temperatura de los tres
vasos de precipitado
2) Convección forcada (agitada)
Además de convección había conducción interactuando con el agua, es
decir había dos mecanismos de transferencia de calor, hubo una
disminución de temperatura con parable con la convección libre.
3) Convección forzada (soplado)
La temperatura corporal promedio de un ser humano es de 37 en lo que
el gas llega a la superficie del fluido (agua) este pierde temperatura y
junto a la temperatura ambiental des incrementa la temperatura del fluido
a un ritmo mas rápido.

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