RESUMEN: La presente práctica de laboratorio muestra el procedimiento para determinar el calor transferido a través de una aleta de sección transversal constante.

TRANSFERENCIA DE CALOR MEDIANTE ALETAS DE ESPIGO CILÍNDRICAS

Nicolás Suárez Valbuena

E-mail: nsuarezv1@ucentral.edu.co

Cristiam Andres Ardila

E-mail: cardilac1@ucentral.edu.co

Ricardo Andrés Perdomo Dussan

E-mail: rperdomod@ucentral.edu.co

RESUMEN: La presente práctica de laboratorio muestra el procedimiento para determinar el calor transferido a través de una aleta de sección transversal constante.

También se puede determinar la eficiencia y la efectividad de la aleta.

PALABRAS CLAVE: Aleta, conducción, convección, eficiencia y efectividad.

1. OBJETIVO

Determinar la razón de flujo de transferencia de calor de una aleta de sección transversal constante.

Determinar la eficiencia y la efectividad de la aleta.

2. EXPOSICIÓN

La razón de transferencia de calor desde una superficie que está a una temperatura  hacia el medio circundante que esta a   se expresa por la ley de enfriamiento de Newton como:[pic 4][pic 5]

[pic 6]

= Es el área superficial de transferencia de calor.[pic 7]

 Coeficiente de transferencia de calor por convección.[pic 8]

  y  = Son las temperaturas de la superficie de la aleta y medio circundante.[pic 9][pic 10]

Para una aleta con temperatura establecida en el extremo de sección transversal uniforme (Ac = constante), La temperatura en la punta será .[pic 11]

Para una aleta muy larga de sección transversal constante que transfiere calor por convección, se ha definido la siguiente ecuación para determinar la razón de flujo de calor:

[pic 12]

Dónde:

P= Perímetro

 = Área de la sección transversal de la aleta.[pic 13]

K= Conductividad térmica del material de la aleta.

h= Coeficiente de transferencia de calor por convección.

3.  EFICIENCIA DE LAS ALETAS

Para las aletas de espigo cilíndricas se ha definido la eficiencia como:

 = (3)[pic 14][pic 15]

  (4)[pic 16]

    (5)[pic 17]

4. DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURAS

Para una aleta que transfiere calor por convección la distribución de temperaturas a lo largo de la aleta se determina mediante la aplicación de la siguiente ecuación:

   (6)[pic 18]

5. FORMULA ADICIONALES

          (7)[pic 19]

              (8)[pic 20]

[pic 21]

                  (10)[pic 22]

                 (11)[pic 23]

6. LECTURA Y ESTUDIO

• ÇENGEL, Y. A., Transferencia de calor y masa  McGraw-Hill Interamericana, México 2007, tercera edición, Pág. 159 – 173.

• Frank P. Incropera., Fundamentos de transferencia de calor, Prince Hall, México 1999, cuarta edición, 110 – 133.

7. INSTRUMENTOS Y COMPONENTES

Para el desarrollo de la práctica se debe utilizar los siguientes elementos:

• Banco de aletas circular sección transversal uniforme.
• Termómetro digital.

8. EXPERIMENTO

Conecte el banco de aletas de espigo cilíndrico a la fuente de energía de 110 voltios monofásica, gire hacia la posición de nivel de temperatura deseada la perilla de control de la corriente y espere durante un tiempo prudencial de 15 minutos hasta que la temperatura se estabilice.

Con un calibrador pie de rey determine el diámetro D de la aleta y su longitud L.

En los puntos marcados sobre la superficie de la aleta haga medición de las temperaturas a todo lo largo de la aleta y registré los con la correspondiente distancia desdé la base en la tabla 1. Registre también la temperatura de base de la aleta.

Para los cálculos tome como coeficiente convectivo

  Y  .[pic 24][pic 25]

9. RESULTADOS

A continuación se adjunta la tabla 1 que corresponde a los datos obtenidos en la práctica:

Tabla 1. Datos obtenidos en el laboratorio.

Para poder hallar Tx  primero debemos encontrar m para lo cual se usó la siguiente formula:

[pic 29]

Aplicando la fórmula 6 y despejando Tx se obtuvo la siguiente tabla: 

...