INTRODUCCIÓN
La radiación es el único mecanismo de transferencia de calor que no requiere la presencia de un medio material para llevarse a cabo, es la transferencia de energía más rápida y no sufre atenuación en el vacío. En esta experiencia se abordan los principios básicos de la transferencia de calor y en especial del fenómeno de radiación, a través de la determinación determinación de la emisividad de un cuerpo. La emisividad es una de las principales principales propiedades relativas relativas a la radiación.
2) 3)
Consulte acerca de la Ley de Stefan -Boltzmann. De qué manera manera se calcula:
4)
Radiación. Radiación Térmica. Cuerpo negro.
la radiación emitida por una superficie real. El intercambio de calor por radiación entre dos superficies.
Describa que es la emisividad y de que factores depende.
OBJETIVOS
OBJETIVO GENERAL
Determinar la emisividad de dos cuerpos de diferentes características características superficiales. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
Estudiar los principios básicos del fenómeno de transferencia transferencia de calor por radiación. Analizar el comportamiento comportamiento de un cuerpo en en el que ocurre la transferencia de calor por convección y radiación simultáneamente. Determinar experimentalmente experimentalmente la emisividad de dos cuerpos de igual configuración geométrica pero con diferentes características características superficiales.
PROCEDIMIENTO
El banco se compone de un sistema de tuberías que permiten el transporte de vapor desde la caldera. Dichos tubos tienen una longitud de 1,51 [m] y un diámetro exterior de 0,027[m], uno es de color gris brillante y el otro es de color negro. También, se dispone de una válvula que controla la entrada de vapor a los tubos anteriormente mencionados. Cada uno de ellos, está cubierto con un domo que puede ser sujetado mediante una cadena para realizar la medición en las condiciones de domo abierto. En la terminación de los tubos, por donde deberá salir el vapor, se encuentra una estructura que permite la ubicación de dos vasos de precipitado. Se deben realizar mediciones en dos condiciones; dadas las indicaciones:
Establecer la influencia influencia del domo del banco de pruebas sobre los modos de transferencia transferencia de calor calor que experimentan experimentan los cuerpos. Contrastar la transferencia transferencia de calor por convección con el fenómeno de radiación que se desarrolla simultáneamente en el cuerpo.
MARCO TEÓRICO
1)
Describa que es :
En primer lugar se enciende la caldera, generadora del vapor necesario para realizar la práctica y la cual proporcionará el calor a disipar en cada tubo. Se realiza una purga del sistema, eliminando todo el condensado existente para obtener las propiedades adecuadas del fluido (agua). Esto se realiza abriendo la válvula ubicada en la parte inferior izquierda del banco y esperando hasta que deje de salir líquido del drenaje. Posteriormente se cierra dicha válvula. Se abren las dos válvulas ubicadas una en la parte superior izquierda del banco, y otra cercana a la entrada de vapor a los tubos; y se espera un momento hasta evidenciar salida de vapor en ellos. Inmediatamente sale el vapor, se ubica un vaso de precipitado bajo la salida de cada uno de los tubos para recolectar el condensado y al mismo tiempo se comienza a cronometrar el tiempo deseado con el fin de determinar el flujo condensado; entendiendo que una parte del calor
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proporcionado por el vapor es calor de condensación y la otra es liberada por convección y radiación. Durante el tiempo cronometrado se realizan registros de temperaturas de cada domo y cada tubo, temperatura del medio (ambiente) y de entrada del vapor a los tubos dadas por las termocuplas. El procedimiento se realiza dos veces para la condición de domo cerrado y dos veces para domo abierto.
El cálculo tipo será realizado para el tubo brillante en condición de domo cerrado. Los cálculos se realizaron con una presión de 93 [kPa] 1) El balance de energía para el tubo se mostrara a continuación:
c) Esquema gráfico del banco, resaltando las partes más importantes del mismo.
̇ = ̇ + ̇ 2) Flujo másico de condensado ̇ se calculó dividiendo el valor de la masa de condensado sobre el que se tardó el tiempo
experimento.
= 0,0229 =3,816710 − ̇ = 600 Donde representa la masa de condensado que se recolectó en el cronometrado
CÁLCULO TIPO
Los casos a estudiar con la práctica son: I. II. III. IV.
Tubo gris brillante con domo cerrado. Tubo gris brillante con domo abierto. Tubo negro con domo cerrado. Tubo negro con domo abierto.
3) para determinar el valor de la entalpia de cambio de fase, primero se debe conocer la entalpia de saturación para el vapor y el líquido , estos se calcularon con ayuda del ESS teniendo en cuenta la temperatura de la superficie de estudio y la calidad para el líquido y el vapor .
ℎ
ℎ
Por lo que se presentarán los cálculos correspondientes a uno de los casos y todos los resultados, dando por entendido que se realizan de la misma forma.
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Con los valores anteriores podemos calcular la entalpia de cambio de fase.
ℎ =2670,632405,568⇒ ℎ = 2265,0 2265,065 65 ⁄ 4) Calor transferido por la condensación del vapor al interior del tubo se halla multiplicando el flujo de condensado por la entalpia de cambio de fase como se ve a continuación.
̇ = ̇ ∗ ℎ ̇ 1 = 3,8166710− ∗ 226 2265,0 5,065 65 = 0,0864 086455 En la tabla siguiente se muestra los valores de flujo de condensado, entalpia de cambio de fase y flujo de calor.
5) Área superficial del tubo se calculó con la siguiente ecuación:
0,027 ∗ 1,51 = 0,1281 = ∗ ∗ = ∗ 0,027 1281 2 6) las propiedades se calcularon con el ESS teniendo como base la presión del ambiente el diámetro externo del tubo , la temperatura de la superficie y y temperatura del ambiente .
,
Datos:
,
1 = 0,983 0,983 / /3 1 =2,782∗105 ⁄ ∗ 1 = 1,006 006 ⁄ ∗ 2,782∗105 = 2,812 ∗ 105 2⁄ 1 = 0,983∗1,006 5 2 ⁄ 1 = 0,00001992 = 2 , 0 2 7 ∗ 1 0 0,983 1 = 0,003 1 = 56,45+273 0,00303 0355 0,027 =9,81∗0,003035∗ =9,81∗0,003035∗ 84,128,8 84,128,8 ∗ 2,027∗10−0,027 ∗ 2,812∗10−
1 = 5686 568622 La tabla que se muestra a continuación posee los valores de las distintas propiedades para los distintos casos que se realizaron el laboratorio:
1 = 84,1+28,8 45° 2 ⟹ 1 = 56,45° Propiedades:
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7) Para poder determinar el coeficiente de transferencia de calor por convección primero primero debemos calcular el número de Nusselt para cilindro horizontal con la siguiente correlación empírica y remplazar los valores de las propiedades hallados en el inciso anterior.
⁄ 0,387 = 0,6+ ⁄ ⁄ 0,559 (1+ )
̇ = ̇ + ̇
2
1⁄6 0,387∗ 55862 1 = 0,6+ 8⁄27 =6,732 ⁄ 9 16 (1 + 0,5590,7207 )
[
9) el calor transferido por radiación se halla con ayuda del balance de energia energia hecho en el inciso 1
]
Despues de halllar el numero de Nusselt usamos la siguiente ecuacion para calcular el coeficiente de tranferencia de calor en la cual se deben remplazar los valores de algunas propiedades determinadas anteriormente.
ℎ =∗
De ese balance podemos despejar el calor de radiacion dejandolo en funcion de los calores de condensacion ) y conveccion hallados anteriormente.
̇ ̇ = 0,0864 086455 0,0491 049144 = 0,0373 037311
En la tabla siguiente se muestra los valores de la transferencia de calor por radiación para los distintos casos estudiados en el laboratorio.
10) De la ecuacion de transferencia de calor por radiacion se despeja la emisividad, para poder calcularla solo es remplazar los valores de las propiedades y el flujo de calor hallados en los incisos anteriores.
̇ 4 → = ̇ =4 4 4
2,782∗105
ℎ1 =6,732∗ 0,027 =6,937∗103 ⁄2 ∗ La tabla que se muestra posteriormente contiene los valores de los números de Nusselt y el coeficiente de transferencia de calor por convección.
̇
1 = 5,67∗108 ∗0,1281∗ 37,31 84,1+273 4 28,8+2734 =0,6441 En la tabla siguiente se muestra los valores de la emisividad para los distintos casos.
8) El Calor transferido por convección se calcula con la siguiente ecuacion
ANÁLISIS DE RESULTADOS RESULTADOS Y CONCLUSIONES
̇ = ℎ ∗ ∗ ̇ = 6,937∗103 ∗0,1281∗ 84,128,8 = 0,0491 049144
En la tabla siguiente se muestra los valores de la transferencia de calor por convección para los distintos casos estudiados en el laboratorio.
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Se pudo comprobar la teórica que dicta que la emisividad de un cuerpo negro es mayor que la del tubo brillante, esto se puede evidenciar al ver la tabla de resultados La salida de vapor al final de cada tubo se debe a que no hay suficiente transferencia de calor para que se dé una condensación total del flujo. Para lograr que haya una mayor condensación del flujo, sería necesario que hubiera una convección forzada sobre los tubos. En el domo cerrado se obtiene un diferencial de temperatura mayor al obtenido en el domo abierto, ya que el calor se conserva de tal forma, que el domo alcanza a llegar a una temperatura mayor a la del tubo que conduce el vapor.
BIBLIOGRAFÍA
Escribir las referencias utilizadas para la elaboración del marco teórico.
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