Sprawozdanie z ćwiczeń audytoryjnych:
Operacje cieplne w technologii żywności – laboratorium wirtualne.
Ćwiczenie 1.3.
W eksperymencie wykorzystano aluminiowe kule o różnych promieniach połączone z termoparami. Glin ma bardzo wysokie przewodnictwo cieplne ( k=204 W/mK ), w związku z czym założenia dla metody kwazi-stacjonarnej możemy przyjąć za właściwe. Zmiany temperatury kul aluminiowych zapisywane są przez odpowiedni system rejestrujący dane.
W doświadczeniu kulisty przewodnik jest najpierw termostatowany w określonej temperaturze początkowej. Następnie jest zanurzany w płynie i rejestrowane są zmiany temperatury. Do tego doświadczenia wybrano kuliste przetworniki o trzech różnych średnicach.
Eksperyment obejmuje następujące etapy:
- Wyznaczenie wartości h dla gorącej wody (98°), nieruchomego powietrza (20°C) i powietrza o wymuszonym obiegu (2m/s, 20°) z użyciem kuli o promieniu 15 mm (temperatura początkowa kuli aluminiowej: 20°C dla ogrzewania i 95°C dla chłodzenia )
- Zbadanie wpływu rozmiarów produktu: kule o promieniach 5, 10 i 20 mm ogrzewane będą w gorącej wodzie (98°C). Wyznaczenie wartości h.
- Zbadanie wpływu powietrza na współczynnik przenikania ciepła: użyte kule promieniu
20 mm ogrzewane będą do jednakowej wewnętrznej temperatury 95°C; te kule będą następnie oziębiane powietrzem o temperaturze 20°C i różnych prędkościach (1, 5 i 20 m/s). W poniższej tabeli podane są sugerowane warunki.
Próba
Nr ekip.
Promień – temp. początkowa
Spokojne powietrze
Powietrze o wymuszonym obiegu
Gorąca woda
1
15 mm - 20°C
-
98°C
2
15 mm -95°C
20°C
3
2 m/s - 20°C
5 mm - 20°C
10 mm - 20°C
20 mm - 20°C
20 mm - 95°C
1 m/s - 20°C
5 m/s - 20°C
20 m/s - 20°C
Wyniki:
W trakcie eksperymentu zmiany temperatury w czasie dla kul aluminiowych zostały pokazane na wykresie. Dane liczbowe zostały wyeksponowane w arkuszu kalkulacyjnym.
Analiza wyników:
W wyniku doświadczenia uzyskujemy dane temperatura – czas dla różnych warunków. Wyznaczenie wartości h z wykorzystaniem metod kwazi – stacjonarnych obejmuje następujące etapy:
- Wykorzystując dane temperaturowe obliczono w osobnej kolumnie arkusza kalkulacyjnego współczynnik ln .
- Utworzono wykres zależności ln od czasu. Uzyskano linię prostą .
- Wyznaczono nachylenie prostej używając opcji ,,dodaj linie trendu’’ w Excelu.
-Wyznaczono wartość h wykorzystano obliczoną wartość nachylenia, całkowite pole powierzchni, całkowitą masę oraz pojemność cieplną kuli wykorzystując odpowiednie równania .
*) Przydatne w obliczeniach: =2700kg/ (2,7g/); = 24,4J/molK (9900J/kgK); = 27g/mol.
Dyskusja:
W temperaturze początkowej 20˚C przyrost jest o 3˚C, w temperaturze początkowej 95˚C temperatura spada powoli o 0.3˚C lub o 1˚C. Prędkość 1 i 5m/s sprawia że kulka zmienia swoją temperaturę o 1˚C, w prędkości 20m/s temperatura zmienia się o 2˚C.
Najszybciej podatna na zmiany temperatury jest kulka najmniejsza.
Celem eksperymentu jest pokazanie jak wpływa na ciało zmiana temperatury otoczenia, które może być ciekłe lub gazowe, to ćwiczenie miało na celu zmierzyć przewodnictwo cieplne kulki aluminiowej.
JOHNKP