Analisis Superficies Extendidas

INFORME DE SUPERFICIES EXTENDIDAS

POR: LUISA FERNANDA GOEZ RAMÍREZ CC.1036671244 NATALIA MORALES MUÑOZ CC. 1036665096 PAULA ANDREA PALACIO QUINTERO CC.1039463100 JOHANA MONSALVE GIRALDO CC.1036395140 JOSE SERNA CC. 1013595606

POLITÉCNICO COLOMBIANO JAIME ISAZA CADAVID TECNOLOGÍA QUÍMICA INDUSTRIAL Y LABORATORIO MEDELLIN, 2017

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ANÁLISIS DE RESULTADOS El término superficies extendidas o aletas, hacen referencia a sistemas con conducción convección, convección, es decir, estas superficies superficies extendidas, con respecto a la transferencia de calor, se refiere a un sólido que experimenta transferencia de energía por conducción dentro de sus límites, así como transferencia de energía por convección y radiación entre sus límites y los alrededores. Cuando se trasmite calor a través t ravés de un sólido, se debe de tener en cuenta dos parámetros importantes, la velocidad de trasferencia de calor y el perfil de temperaturas dentro dentro del sólido. sólido. Lo primero se se refiere al flujo de de entrada o salida de energía en forma de calor y el segundo se refiere a la forma como cambia la temperatura con respecto a la posición dentro del sólido. La conductividad térmica es la medida que describe el transporte de energía en forma de calor a través del cuerpo con masa como resultado de un gradiente de temperatura. De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el calor siempre fluye en la dirección de la temperatura más baja. La relación entre el calor calor transportado por unidad de tiempo o flujo de calor y el gradiente de temperatura a través de un área (el área a través de la cual el calor fluye perpendicularmente a un ritmo estacionario) está descrita por la ecuación de la conductividad térmica. La conductividad térmica es, por consiguiente, una propiedad específica de cada material usada para caracterizar el transporte de calor en ritmo estacionario. Con lo anterior, en el laboratorio se comparó la trasferencia de calor que se presenta entre dos barras de diferente material material y cuya cuya conductividad térmica térmica son altas por tratarse de metales, estos materiales son el aluminio y el bronce. Para ello se realizó varias mediciones, la primera fue registrar la distancia entre cada uno de los puntos mostrados en la figura 1, adicional a esto, en cada uno de los puntos se tomó la temperatura. Las barras utilizadas, la 1 de aluminio y la 2 de bronce, tanto la longitud longitud de ambas barra barra como las las distancia entre cada termopar son relativamente iguales, por esta razón al compararla una con otra, es decir los diferenciales de temperatura de una barra con otra, se permite hacer un paralelo tabla 1, del descenso descenso de la temperatura a medida que se alejan las medidas del generador de calor. calor. Por ello se halló a cada barra el diferencial de la temperatura, es decir theta (  ), en cada punto, y se graficó estos datos vs la función de la distribución de calor en la posición de la barra, arrojando la gráfica mostrada en la figura 2.





Figura 1. Montaje superficies extendidas

Tabla 1. Valores de distancia vs theta de las barras de metal. ALUMINIO x (m) theta 0,03 81 0,081 57 0,131 44,2 0,182 36,3 0,227 33,8

BRONCE x (m) theta 0,035 72,3 0,081 50,1 0,131 37,5 0,181 21,5 0,2222 18,5

Aluminio vs Bronce 90 80 70 60 a t e h í T

50 40 30 20 10 0 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

Distancia(m) Aluminio

Bronce

Figura 2. Grafica Aluminio vs Bronce

0.7





Como se mencionó anteriormente tanto el aluminio como el bronce son de buena conductividad térmica, por lo que tienen un fuerte efecto sobre la distribución de temperaturas a lo largo de las dos barras, sin embargo, al analizar la gráfica se ve reflejado como el aluminio genera una mayor trasferencia de calor que el bronce a lo largo largo de la barra. En la literatura esto esto se afirma dado que la conductividad del aluminio (k=237W/mK) es mayor que la conductividad del bronce (k=52W/mK). Esto se debe a varios factores, el principal y determinante es que la conductividad conductividad del aluminio es mayor que la del bronce, debido a que este es un metal puro, en cambio el bronce bronce es una aleación de cobre y estaño, lo lo que que ocasiona que el núcleo de los cristales de cada componente componente este este contaminado, y que la red cristalina cristalina cambie. Este cambio no es lo suficientemente grande o mayor para que me permita una transferencia de calor superior a lo largo de la barra; esto se muestra en la siguiente imagen, dando un paralelo comparativo sobre estos dos elementos, y sobre lo que pudo influir.

Figura 3. Datos del bronce y Aluminio. Aluminio.





Finalmente, en esta práctica se debió comparar tres casos específicos, paro lo cual se obtuvo el perfil de temperatura (teórico y experimental) a través de la superficie extendida figura 4 y 5, permitiendo determinar el modelo que más se ajusta a la condición real de la superficie extendida, evaluada en este caso de aluminio y bronce.

La ecuación que describe los casos se muestra a continuación. Para el primer caso:    0

,

  0

x

,

x



0



Y para el segundo y tercer caso el siguiente:   0 

T T 0





,

x 0 

Donde se afirma, deben ser iguales en algún punto de la gráfica. El primer caso habla de una disipación del calor en una aleta de longitud infinita, con una temperatura que tiende a infinito, lo cual no se adapta a nuestro caso, ya que esta superficie analizada no es infinitamente larga, dado que se tiene un dato exacto de su longitud y su temperatura también se pude determinar; en la figura 4 (superficie extendida de aluminio) y la figura 5 (superficie extendida de bronce) , se observa como los resultados mostrados para el caso I, no son acordes a los obtenidos experimentalmente, ya que están muy por debajo del rango, y para los datos calculados, podemos concluir que cuando las temperaturas son iguales, la posición o la distancia no se hace cero, y que cuando la temperatura es cero, la distancia no es infinita, por eso el postulado no se cumple, ni para aluminio ni para el bronce. bronce. Para el segundo segundo caso que habla de que un extremo de la superficie o aleta está aislado térmicamente, este caso tampoco tiene relación, ya que se tomaron los datos de cada extremo, dando una temperatura, y demostrando que el alrededor de la aleta, también sufre una transferencia transferencia y pérdida de calor; se puede observar observar igualmente en las figuras 4 y 5 que los resultados de este postulado no cumplen con el modelo de superficies extendidas. Por último, el tercer caso se analizó y se dio conclusión de que este se adapta a la realidad y al modelo presentado, ya que en este modelo todas las aletas están expuestas a la convección desde el extremo, excepto cuando este mismo se encuentre aislado o su temperatura sea igual a la del fluido. En las gráficas como en los cálculos se puede apreciar que se cumple a cabalidad el postulado para los conductores tanto el aluminio como el bronce porque el valor de las





ALUMINIO theta vs x 90 80

theta

70 a t e h T

CASO 1 60

CASO 2 50

CASO 3

40 30 0

0.1

0.2

0.3

0.4 Distancia (m)

0.5

0.6

0.7

Figura 4. Graficas de los tres casos Aluminio

BRONCE theta vs x 85 75

Theta

65 a t e h í T

CASO 1

55

CASO 2

45

CASO 3

35 25 15 0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

Distancia (m)

Figura 5. Grafica tres casos Bronce

0.6







CONCLUSIONES 





En superficies superficies extendidas extendidas o también conocidas como aletas, se genera una transferencia de calor o energía por medio de los dos fenómenos, convección y conducción. Para la trasferencia de de calor influye determinantemente determinantemente la conductividad conductividad térmica del metal que se está utilizando, utilizando, por esto al analizar las gráficas se observa que el aluminio trasfiere el calor mejor, dado que su k (W/mK) es superior al del bronce. En esta práctica práctica se tenía tres casos que se debían ajustar ajustar al modelo mostrado experimentalmente; se determinó que el caso III es el modelo que mejor se ajusta a la realidad, dado que las aletas o superficies están expuestas a los fenómenos de la primera conclusión. .

BIBLIOGRAFIA ESCUELA POLITENCIA NACIONAL, Facultad de Ingeniería Ingeniería Mecánica, Laboratorio Transferencia de Calor 1 INCROPERA, F; DEWITT, DEWITT, D; Fundamentos de Transferencia de Calor; Prentice Hall; Cuarta Edición; México; 1996; pág. 110-133. INGENIERO YONATHAN ARMANDO LOREDO SÁENZ, Caracterización Termohidráulica del Área de Transferencia de Calor en Superficies Extendidas Mediante Simulación Numérica, Universidad Autónoma de Nuevo Nuevo León http://www.fisicarecreativa.com/informes/infor_termo/distrib_temp_barra. pdf Transferencia de calor / A.F. MIlls



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Analisis Superficies Extendidas

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