Ramo: Transferencia de Calor Profesor: Jorge Pizarro Ayudante: Jaime Miranda
INFORME Nº3 DE LABORATORIO DETERMINACION DE COEFICIENTE DE CONVECCION ALUMNO: Alejandro Kawasaki Varela FECHA: 03 de Diciembre 2010
1. Resumen:
En este informe se presenta la realización de un experimento cuyo objetivo principal fue determinar el coeficiente de convección de la superficie de un elemento. Esto se llevo a cabo relacionando la transferencia de calor por convección y radiación, se registraron las temperaturas del elemento y de la vasija como también la presión absoluta, voltaje y amperaje que se le suministraron a la máquina. Luego de tabular los datos y mediante cálculos matemáticos logramos despejar nuestra incógnita (coeficiente de convección).
2. Introducción:
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un determinado volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido, además existen tres medios distintos que la generan: conducción, radiación y convección. En este laboratorio analizaremos esta última, la transferencia de calor por convección, específicamente la convección libre o natural, en la cual un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.
3. Desarrollo de la Experiencia:
De acuerdo a la figura 1 expuesta tenemos un banco de pruebas de radiación, que consiste en una vasija metálica sellada de tal forma que es posible mediante una bomba de vacío controlar su presión absoluta interna, En su interior hay un elemento que es un cilindro horizontal de 160 mm de longitud y 6.35 mm de diámetro, cuyo manto cilíndrico es la superficie que radia calor. En el interior del elemento hay una resistencia eléctrica que se alimenta de una cantidad variable de energía entregada que es controlada por un potenciómetro que a su vez lo es alimentado por una batería de 12 volt. A medida que aumenta la energía entregada al elemento éste aumenta su temperatura que la mide la termocupla Te y cuya energía debiera ser radiada, conveccionada y conducida hasta las paredes de la vasija y cuya temperatura será medida por la termocupla Tv.
temperatura de la vasija, (Tv). La temperatura de la vasija se mantiene constante y es igual a la Tº del medio ambiente. Posteriormente se va aumentando la presión al interior de la vasija manteniendo constante la intensidad y voltaje lo que nos dará una nueva temperatura del elemento, este procedimiento se repite 5 veces, estos datos se observan en la tabla 3. Los datos constantes en esta experiencia están especificados en la tabla 1, luego para calcular el Q total aplicamos la formula , cabe señalar que se aumento el valor de V y de I para que el coef. de convección diera positivo, el resultado de este cálculo se observa en la tabla 2. 2
A [m ]
σ
1,016
[W/ºK4m2] 5,67E-08
ε
0,0112
Tabla 1: Datos Constantes
V [V]
I [A]
Q [W]
8
0,8
6,144
Tabla 2: Cálculo de Q
Te [ºK]
Tv [ºK]
Pabs [mmHg]
325
292
418
324,5
292
444
324
292
486
323,5
292
538
323
292
16
Tabla 3: Datos Observados
Figura 1: Banco de Pruebas de Radiación
Una vez cerrado el sistema, se pone en marcha la bomba de vació hasta obtener la mínima presión, luego de esto se realizan las conexiones eléctricas y se selecciona mediante el potenciómetro el voltaje y la intensidad. Se espera hasta obtener un valor constante en la Tº lo que indica un flujo estacionario, ya logrado esto comienza la recolección de datos de presión absoluta en mm de Hg, los valores de voltaje e intensidad además de la
Mediante las formulas , y logramos despejar nuestra incógnita h (ver Tabla 4). 2
Qrad [W]
Qconv [W/m2ºK]
h [W/m ºK]
2,507695475
3,636304525
0,108455754
2,463500538
3,680499462
0,111462734
2,41950942
3,72449058
0,114557412
2,375721494
3,768278506
0,117743985
2,332136133
3,811863867
0,12102692
Tabla 4: Cálculo del Coeficiente h [W/m 2ºK]
4. Conclusiones:
Debido al suministro de aire a la vasija la temperatura de la barra fue disminuyendo, esto debido a la transferencia calor en un mayor volumen de aire presente. Los parámetros que tienen incidencia en el resultado obtenido, son principalmente los de la Temperatura del elemento, ya que el resto de los datos utilizados en las formulas matemáticas son constantes. El coeficiente de Convección obtenido en promedio fue de h=0,11464936 2
[W/m ºK]
Como en toda experiencia de laboratorio, no se debe pasar por alto el factor del porcentaje de error que puede existir debido a infinidad de variables, como el estado de los artefactos, la meticulosidad en la toma de los datos, etc. Es probable que esto haya afectado al momento de tomar los datos de Voltaje y de Amperaje que se le iban a suministrar a la Máquina, ya que al usar estas cifras, el coeficiente de convección calculado resultaba un valor negativo, por lo que se decidió incrementar razonablemente estos datos.
5. Bibliografía:
Guía de Laboratorio "Tercera Experiencia de Laboratorio Transferencia de Calor, Convección Natural Profesor Santiago Soler Milla Universidad de La Serena ”
es.wikipedia.org/wiki/Convección Web revisada el 02/12/2010
