LABORATORIO TERMODINAMICA

EJERCICIO No.3

1. OBJETIVO.

Medir la distribución de temperatura para transmisión de calor en estado estable por conducción a través de una pared plana compuesta de diferentes materiales en serie y determinar el coeficiente total de transferencia de calor.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO.

Las secciones caliente, intermedia y fría se limpian frotándolas entre sí, de tal manera que las caras tengan un buen contacto térmico y formen una barra compuesta por una sección de acero inoxidable intermedia entre dos secciones de bronce.

Considerando la ley de continuidad, el flujo de calor en estado estable a través de las secciones sucesivas debe ser igual y puede aplicarse la ley de Fourier a las tres secciones como sigue:

Siendo U el coeficiente total de transferencia de calor 1/U es la resistencia al flujo de calor R.

Nota: En este ejercicio el HT11 se configura como una pared plana compuesta donde K varía pero A permanece constante. El efecto de un cambio en el área de la sección transversal se investigará en un ejercicio posterior.

Considerando la ley de la continuidad, el flujo de calor en estado estable a través de las secciones sucesivas deben ser iguales y puede aplicarse a la ley de Fourier a las tres secciones como sigue.

De lo cual se obtiene que:

O de otra forma:

Donde

Si U es el coeficiente total de transferencia por conducción de calor y 1/U es la resistencia al flujo de calor R.

Nota: en este ejercicio el HT11 se configura como una pared plana compuesta donde K varia pero A permanece constante. El efecto de un cambio en el área de la sección transversal se investigara en un ejercicio posterior.

3. MÉTODO.

Midiendo la distribución de temperatura a través de una barra compuesta de diferentes materiales sólidos (conductores) para flujo de calor unidimensional y utilizando la ecuación de Fourier aplicada a cada material se determina el coeficiente total de transferencia de calor.

4. EQUIPOS NECESARIOS PARA REALIZAR EL EJERCICIO

• Unidad de servicio de transferencia de calor HT10X.

• Accesorio de conducción lineal del calor HT 11

4.1 Equipo Opcional.

• Sensor de Flujo SFT2

• PC con accesorio registrador de datos HT10X - 90 1FD o registrador gráfico con entrada de 0 a 1 VDC (si no se tiene disponible el PC/HT10X - 90IFD)

4.2 Ajuste de los equipos

Antes de proceder con el ejercicio asegúrese de que el equipo esté preparado de la siguiente manera:

El accesorio para conducción lineal de calor HT11 y la unidad de servicio de transferencia de calor HT10X deben colocarse en un banco de trabajo adecuado.

• Limpie la sección intermedia de acero inoxidable entre la sección caliente y fría del HT11 aplicando una capa delgada de pasta térmica sobre las superficies de contacto.

• Tenga cuidado para ubicar los salientes delgados de las secciones antes de proceder a la limpieza.

• Conecte las seis termocuplas del HT11 a los enchufes apropiados en la parte frontal de la unidad de servicio. Asegúrese de que las marcas en los terminales de las termocuplas (T2-T7) coincidan con las de los enchufes.

Nota: Las lecturas de las termocuplas T1, T4, T5, T8 no serán utilizadas en este ejercicio.

• Posicione el controlador de voltaje del potenciómetro al mínimo (sentido antihorario), el botón selector en manual y conecte el terminal calentador del HT11 al enchufe marcado con O/P3 en la parte posterior de la unidad de servicio.

• Verifique que el agua de enfriamiento esté conectada a la entrada de la válvula reguladora de presión del HT 11.

• Asegúrese dé que la manguera del agua de enfriamiento a la o salida, descargue a un depósito de drenaje.

• Si el sensor de flujo opcional SFT2 se tiene disponible, conéctelo a la salida del HT11 utilizando un conector de desenchufe rápido. Verifique que la flecha que indica la dirección del flujo sobre el cuerpo del sensor apunte hacia el drenaje.

• Constate que la unidad de servicio esté conectada a una fuente de energía eléctrica.

5. PROCEDIMIENTO

Remítase a los procedimientos operacionales del manual de instrucción HT11 si necesita detalles sobre la instrumentación y su manejo.

• Accione el interruptor principal. Si los indicadores del panel no se iluminan, revise los interruptores (cuñas) del circuito y el RCD en la parte posterior de la unidad de servicio. Todos los interruptores deben estar en posición hacia arriba.

• Haga circular el agua de enfriamiento y ajuste la válvula de control de flujo (no el regulador de presión) hasta conseguir aproximadamente un caudal de 1.5 litros por minuto.

• Ajuste el voltaje de calentamiento a 9 voltios (Ajuste el control de voltaje del potenciómetro hasta obtener una lectura de 9 voltios en el indicador superior del panel con el botón selector en la posición V.).

Espere que el HT11 se estabilice. (Monitoree las temperaturas utilizando el botón selector inferior).

Nota: Si se conecta un PC con registrador de datos opcional se pueden monitorear simultáneamente las seis temperaturas. (Escoja el registrador de imagen HT11).

Cuando las temperaturas se hayan estabilizado, registre la siguiente información:

• T2, T3, T4, T5, T6, T7, V, I (También el flujo si se tiene conectado el sensor SFT2).

• Ajuste el voltaje de calentamiento a 12 voltios.

• Espere que el HT11 se estabilice y repita las lecturas anteriores.

6. CÁLCULOS Y RESULTADOS.

Se registra la siguiente información:

T2, T3, T4, T5, T6, T7, V, I (También el flujo si se tiene conectado el sensor SFT2).

• Ajuste el voltaje de calentamiento a 9 voltios.

• Espere que el HT11 se estabilice.

Voltaje de calentamiento. 9 V

Corriente de calentamiento. 0.91 A

Temperatura media de la sección caliente (T2). 47,6 (ºC)

Temperatura baja de la sección caliente (T3). 45,9 (ºC)

Temperatura alta de la sección más fría (T6). 35,7 (ºC)

Temperatura media de la sección más fría (T7). 32,1 (ºC)

Flujo de agua de enfriamiento (Fw). 1.2 Lts*Min

Deben estimarse y registrarse

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