Difusividad

INDICE

RESUMEN 3

OBJETIVOS 4

OBJETIVO GENERAL 4

OBJETIVOS ESPECIFICOS 4

MATERIALES Y EQUIPO 5

METODOLOGÍA 6

Determinación experimental de coeficiente de transferencia 6

Determinación teórica del coeficiente de transferencia de convección 6

RESULTADOS 8

Coeficiente de transferencia de calor experimental para esfera y cilindro de cobre. 8

Esfera de cobre 8

Cilindro de cobre 9

CONCLUSION 11

BIBLIOGRAFIA 12

ANEXO 13

CALCULO DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR EXPERIMENTAL 16

CALCULO DE “h” CON CORRELACIONES EMPÍRICAS 19

RESUMEN

Cuando existe una diferencia de temperaturas dentro de un sistema o se ponen en contactos cuerpos a diferentes temperaturas se produce un fenómeno llamado transferencia de calor el que corresponde a la cantidad de energía traspasada entre los cuerpos. El coeficiente de transferencia de calor, h, es una aproximación que representa las condiciones reales de flujo, sus propiedades y la geometría del sistema.

El objetivo principal del laboratorio práctico será diseñar una experiencia que permita determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor por convección. Así como también, comparar los resultados obtenidos a través del método de la capacidad agregada con aquellos entregados con las correlaciones teóricas correspondientes y con los datos teóricos tabulados en la bibliografía.

Se utilizaron para ellos termocuplas de fluido y de superficie, Esfera y cilindro de cobre, Software de adquisición de datos (HOTMUX) y otros Materiales que el grupo de trabajo estimo conveniente

Puesto que el equipo HOTMUX se encontraba en mal estado, no fue posible realizar la experiencia, trabajando con datos obtenidos en prácticos anteriores. Para el cálculo del coeficiente experimental se graficó con ellos ln T/t (s), la pendiente de este grafico se reemplazó en la siguiente ecuación h= (m×ρ×Cp×V)/As, para obtener los coeficientes para ambos sólidos. Para el cálculo teórico, se calculó primero el número de Reynolds, para luego determinar la correlación correspondiente a él, y así obtener el número de Nusselt, con el que finalmente calculamos el coeficiente de transferencia de calor.

Se comprueba el supuesto principal del experimento que dice relación con que la resistencia superficial es mayor que la resistencia interna, es decir que la resistencia del cobre es despreciable en relación a la resistencia entre la superficie del mismo y del aire, esto observando los valores de número de Biot para ambos sólidos, para cilindro 0,0000868 y para esfera 0,000287, siendo estos menores a 1. Los coeficiente de transferencia de calor por convección para cilindro deberían haber sido mayores, tanto teórica como experimentalmente, puesto que la transferencia de calor desde el aire hacia la superficie del cilindro es axial, existiendo una mayor superficie de contacto, sin embargo los datos obtenidos indican un mayor coeficiente para esfera.

De acuerdo a la relación entre los datos experimentales y las correlaciones para cada sólido, aun cuando los valores no son cercanos, si se encuentran dentro de los rangos establecidos (tabla nº9), a excepción del coeficiente de transferencia experimental del cilindro, que se encuentra por debajo del valor límite mínimo para convección forzada en gases.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL

Diseñar una experiencia que permita determinar experimentalmente el coeficiente de transferencia de calor por convección.

OBJETIVOS ESPECIFICOS

Determinar experimentalmente, mediante el método de la capacidad agregada, el coeficiente de transferencia de calor por convección forzada en la interface solido-aire, en objetos de geometría cilíndrica y esférica.

Comparar los resultados obtenidos a través del método de la capacidad agregada con aquellos entregados con las correlaciones teóricas correspondientes.

Comparar los resultados con los datos teóricos tabulados en la bibliografía.

MATERIALES Y EQUIPO

Termocupla de fluido y de superficie

Esfera y cilindro de cobre

Software de adquisición de datos (HOTMUX)

Anemómetro

Termómetro

Materiales que el grupo de trabajo estime conveniente

METODOLOGÍA

Determinación experimental de coeficiente de transferencia de calor por

Convección:

Se comienza el trabajo práctico con la medición de los diámetros de la esfera y cilindro de cobre, usando un pie de metro para calcular el volumen y área. Posteriormente se procede a la calibración de las termocuplas, donde se hará uso de una mezcla de agua-hielo para 0°C y agua vapor (hirviendo) para 100°C. Con los datos obtenidos se fabricará gráficamente una línea recta para la temperatura, en °C. Luego, se corregirán los datos de temperatura de la parte experimental.

Luego se realiza el montaje de las termocuplas y la esfera y cilindro de cobre, las termocuplas se conectan al software de adquisición de datos. Con los datos entregados por el software se realiza el grafico correspondiente, posteriormente se determina la pendiente de la recta, valor que se utilizará en la ecuación 1.3 para así calcular el coeficiente de transferencia de calor (h)

Determinación teórica del coeficiente de transferencia de convección:

Número de Reynolds: Se determina la velocidad de flujo por medio del anemómetro.

Re=(ρμ_m D)/μ

Donde,

ρ= densidad del aire a temperatura ambiente (Kg/m3)

μ_m= velocidad del flujo (m/s)

D= diámetro del cuerpo (m)

μ= viscosidad del aire (Kg/ms)

De acuerdo a las correlaciones de la tabla n°1, obtendremos el Número de Nusselt (Nu), que es un número adimensional que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido discurre (transferencia de calor por convección) comparada con la transferencia de calor si ésta ocurriera solamente por conducción.

Para cilindro horizontal:

Nu=B×〖Re〗^n×〖Pr〗^(1/3)

Dónde B, n: Constantes.

Pr: Número de Prandt.

Re: Número

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