CONVECCIÓN TÉRMICA
Laboratorio de Transferencia de Calor II CONVECCION TERMICA
Luis Danilo Castillo Parrales Facultad de Ingeniería en Mecánica y Ciencias de la Producción (FIMCP) Escuela Superior Politécnica del Litoral (ESPOL) Guayaquil - Ecuador
[email protected] Resumen Esta transmisión de calor es importante, ya que muestra la base sobre la que operan varios de esos procesos. La transmisión de calor por convecc convección, ión, es la energía calorífica se transmite por el movimiento físico de moléculas molé culas “calientes” de las zonas de alta temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrándose las temperaturas. En la práctica el objetivo fue identificar las propiedadess de transferencia de calor por convección, y medir el coeficiente de transferencia de calor propiedade por convección convección desde desde una superficie superficie plana plana de metal metal en el aire. En la práctica lo que se realizo fue someter una placa a un fluido en reposo que es convección natural y luego a un fluido forzado que es convección forzada, para determinar los coeficientes convectivos respectivos Se concluye también que los coeficientes convectivos de flujo forzado son mayores a los de convección natural. Palabras Clave: convección natural, convección forzada, transferencia de calor
Introducción Esta transmisión de calor es importante, ya que muestra la base sobre la que operan varios de esos procesos. La transmisión de calor por convección, es la energía calorífica se transmite por el movimie movimiento nto físico de molécula moléculass “calientes” de las zonas de alta temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrándose las temperaturas. CONVECCION LIBRE: en es este proceso de conducción un fluido inicialmente en reposo en contacto con una superficie a distinta temperatura, una diferencia de temperaturas en el fluido, originándose diferencias de densidad en el mismo que producirán a su vez un desplazamiento físico de materia a distintas temperaturas de unas zonas a otras, teniéndose convección. CONVECCION FORZADA: La transferencia de calor por convección puede ser forzada
cuando está ayudada por el movimiento de las superficies en contacto con el fluido que es causado por medios externos como un ventilador, una bomba o vientos atmosféricos. Para la práctica se utilizaran es el equipo de convección libre y forzada que se encuentra en el laboratorio de termo fluidos de la facultad, el cual se conectará una placa, a l equipo se le puede variar la potencia de entrada. La placa de metal con un suministro de potencia proveniente de una conexión eléctrica eléctrica.. En todos casos se expone la superficie de transferencia de calor al aire circundante del laboratorio con las mediciones de estos montajes se encuentra el coeficiente de convección libre. Posteriormente se utilizará el equipo de convección para someter la placa a convección forzada. 1
CONVECCIÓN TÉRMICA
La transferencia de calor por convección entre una superficie y un fluido se puede calcular por:
ambiente y se procedió a preparar el equipo, se esperó unos minutos y al instante se empezó a anotar los datos de temperatura en la tabla. Después de 15 minutos se aumentaba la potencia y se tomaron de nuevo los datos, y hay cada 12 minutos se tomaron los datos aumentando la potencia desde 24 – 40 – 60 y 100 watt, en lo posterior se realizó de nuevo el mismo procedimiento pero se encendió el ventilador con un flujo de aire al 50% y 100 %.
Equipos E Instrumentación
También se anotaron los datos y en este informe se muestran los resultados de los coeficientes convectivos.
Los equipos que se utilizaron fue: 1. un termómetro modelo: EBay 6605 – extech (SDL 200). 2. Una unidad TH-2 de convección térmica de 120 voltios de corriente alterna; 3. una placa de 4*8 pulgadas ; 4. una jaula metálica perforada para actuar como una pantalla de protección contra las quemaduras accidentales durante el experimento; 5. un conducto de metal en forma de u, que sustituye a la pantalla protectora durante el movimiento de aire; 6. un soplador de aire integrado en la caja de control TH-2;
Resultados
Calculo representativos del primer dato: Temperatura de la placa en posición vertical; A=2.66667 ft2 °C=91; Q=81.84 [BTU/H]; T ambienté = 91.32°F; t=15 minutos.
°F =1.8*(°C)+32; °F =1.8*(91)+32; °F= 195.8
. Ver imagen 1 y 2 en l os anexos
Procedimiento Experimental
Lo que se realizo fue calcular el área de la placa, luego anotar la temperatura del
Primer dato: Flujo del aire a 50% Temperatura de la placa °C=57.75; Q=81.84 [BTU/H]; T aire promedio = 94.55°F; t=6 minutos=0.1 horas. 2
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°F =1.8*(°C)+32; °F =1.8*(57.75)+32; °F= 135.95
El día de la práctica se produjo una falla eléctrica quedando sin energía la universidad por unos minutos, esto causo un error en la última medición de la temperatura.
∆ = 135.95 − 94.55 = 41.4
Conclusiones y Recomendaciones
En la práctica se logró identificar las propiedades de la transferencia de calor por convección y a la vez se calcularon los coeficientes convectivos para los diferentes casos de flujo libre y forzado.
L os demás resul tados se muestran en an exos en una tabla de resul tados
Análisis de los Resultados
Se realizó el experimento ara diferentes casos, es decir que se variaba el Q y la posición de la placa, y luego en flujo forzado se aumentaba el flujo de aire de un 50% a 100%. De este modo se verifico con los resultados que la convección de un flujo forzado es mejor que la de flujo libre. También se concluye que la placa en vertical tiene un mejor coeficiente convectivo que la placa de posición vertical.
Se verifico que el coeficiente convectivo es una propiedad del fluido en el que está inmerso un cuerpo. Se calculó el coeficiente de convección para flujo libre y forzado para el montaje dado. Se verifico con los resultados que la convección de un flujo forzado es mejor que la de flujo libre. También se concluye que la placa en vertical tiene un mejor coeficiente convectivo que la placa de posición vertical.
Y a medida que se aumentaba la potencia del ventilador el flujo del aire se incrementaba dando como consecuencia un incremento los valores de los coeficientes convetivos. Hay que tener en cuenta que es necesario utilizar la malla metálica de protección para evitar quemaduras o posibles accidentes durante la práctica. También es necesario tener un cronometro a la mano porque se debe controlar el tiempo de espera establecido en el procedimiento.
Y a medida que se aumentaba la potencia del ventilador el flujo del aire se incrementaba dando como consecuencia un incremento los valores de los coeficientes convetivos. 3
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Referencias Bibliográficas/ Fuentes de Información
https://www.google.com.ec/search?q=t ransferencia+de+calor+por+conveccio n&revid=1130645393&sa=X&ei=yES qU8fzJ4mUqAbmvIHYBQ&ved=0CF cQ1QIoAA&biw=1366&bih=598 http://www.slideshare.net/jricardo001/ lab-inte-i-practica-7obtencion-decoeficiente-de-conveccion-termica Guía de térmica.
laboratorio,
convección
Texto guía del profesor Francisco Manuel Santelli Paredes
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Anexos
Calculo representativos del primer dato: Temperatura de la placa en posición vertical; A=2.66667 ft2; °C=91; Q=81.84 [BTU/H]; T ambienté = 91.32°F; t=15 minutos.
°F =1.8*(°C)+32; °F =1.8*(91)+32; °F= 195.8
Primer dato: Flujo del aire a 50% Temperatura de la placa °C=57.75; Q=81.84 [BTU/H]; T aire promedio = 94.55°F; t=6 minutos=0.1 horas. °F =1.8*(°C)+32; °F =1.8*(57.75)+32; °F= 135.95
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Imagen 1; equipo utilizado en la
práctica de convección forzada
I magen 2 : unidad TH-2 de convección térmica de 120 voltios de
corriente alterna;
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