A!"#n$: %"ta&$ Cati!!$ An'e!e %r"($: )*++A
LABOR ABORA ATORI TORIO O DE DE MÁQUINAS TÉRMICAS Práctica 4: Efciencia de Ai!ante
I.
II.
Objetivo. In&eti'ar , c$#(arar !a (-rdida de ener'.a entre "n t"/$ ai!ad$ , n$ ai!ad$0 deter#inar e1(eri#enta!#ente !a c$nd"cti&idad t-r#ica 2 de! ai!ante , de! #ateria! de !$ t"/$ , ade#á e! c$efciente de tran3erencia de ca!$r Introducción. E1iten tre 3$r#a de tran3erencia de ener'.a en 3$r#a de ca!$r0 eta $n: C$nd"cci5n0 Radiaci5n0 , C$n&ecci5n a6 C$nd"cci5n7 Ete ti($ de tran3erencia de ca!$r e de/e /áica#ente a! de(!a8a#ient$ !i/re de e!ectr$ne , a !a &i/raci5n crita!ina /6 Radiaci5n7 E e! 9"$ de ener'.a en 3$r#a de $nda e!ectr$#a'n-tica0 entre d$ c"er($ it"ad$ a "na ditancia deter#inada c6 C$n&ecci5n7 E !a tran3erencia de ener'.a entre 5!id$ , 9"id$ en #$&i#ient$0 a"n;"e (r$(ia#ente ete #ecani#$ n$ tranfere ca!$r0 i n$ ener'.a interna Leyes de la Transferencia de Calor.
i6
Conducción.- La !e, ;"e '$/ierna !a tran3erencia de ener'.a
en 3$r#a de ca!$r ($r c$nd"cci5n0 reci/e e! n$#/re de !e, de <$"rier0 en =$n$r a! cient.fc$ ;"e !a 3$r#"!$ en )>>? En e!!a e eta/!ece ;"e e! 9"$ de ca!$r @Q6 e directa#ente (r$($rci$na! a e! Área @A6 n$r#a! a! 9"$ de ca!$r0 , a! 'radiente de te#(erat"ra dTd10 a tra&- de! área Q≈ A
dT dx
La c$nd"cti&idad t-r#ica 2 c$n&ierte !a (r$($rci5n en ec"aci5n0 !a c$nd"cti&idad t-r#ica e "na (r$(iedad de! #ateria!0 c$ntit",e "na #edida de !a efcacia c$n !a ;"e e ("ede c$nd"cir ener'.a t-r#ica Q=− KA
dT dx
E! i'n$ ne'ati&$ de !a ec"aci5n indica ;"e "n 'radiente ne'ati&$ de te#(erat"ra (r$d"ce tran3erencia de ca!$r en !a direcci5n ($iti&a 1 ii6
Radiación.- La !e, ;"e c$rre($nde a !a tran3erencia de ca!$r
($r radiaci5n 3"e dec"/ierta ($r Ste3an0 ;"ien !a deter#in$ en 3$r#a e1(eri#enta! , L B$!t8#ann ;"ien !a ded"$ te5rica#ente0 eta e: 4 σ C$ntante de Ste3an7B$!t8#ann Q= σA T A Área
T Te#(erat"ra A/$!"ta
iii6
Convección.- C"and$ "n 9"id$ (aa $/re "na "(erfcie
$!ida ca!iente0 e tranfere ener'.a de !a (ared a! 9"id$ ($r c$nd"cci5n P$teri$r#ente eta ener'.a !a acarrea c$rriente a/a$ e! 9"id$ ($r c$n&ecci5n E! t-r#in$ C$n&ecci5n 3$r8ada e "ti!i8a c"and$ e! #$&i#ient$ de! 9"id$ e de/id$ a "na /$#/a $ &enti!ad$r Si e! 9"$ de! 9"id$ e $ri'ina de/id$ a "na 3"er8a aceni$na! deri&ada de! ca!enta#ient$ e! (r$ce$ e den$#ina c$n&ecci5n !i/re $ nat"ra! E! 9"$ c$n&ecti&$ etá dad$ ($r Q=hA ( ∆T ) h 7 C$efciente de c$n&ecci5n t-r#ica
A Área ∆ T Di3erencia de te#(erat"ra
Para rea!i8ar cá!c"!$ enci!!$ de in'enier.a ;"e i#(!ican c$n&ecci5n0 de! t-r#in$ ;"e ("ede er #á di3.ci! de deter#inar e =0 ,a ;"e dic=a cantidad re!aci$na !a (r$(iedade 3.ica de! 9"id$ , !a &e!$cidad de! #i#$ $/re !a "(erfcie de! 5!id$ III.
Material y Equipo. E! e;"i($ c$nta de d$ reci(iente de acer$ d"!ce0 "n ai!ad$ c$n f/ra de &idri$ , e! $tr$ in ai!a#ient$ Etá e;"i(ad$ c$n ter#5#etr$ , #an5#etr$ (ara #edir !a (rei5n , !a te#(erat"ra de! &a($r0 !a te#(erat"ra de !a (ared de !$ d$ reci(iente0 #edid$re de c$ndenad$ en a#/$ reci(iente La (rei5n #á1i#a de tra/a$ e de * Bar L$ reci(iente tienen !a i'"iente di#eni$ne 3.ica Radio Interiorr 1=32 mm Radioexterior r 2=38 mm Espesor del aislamiento 38 mm Longitud 46 cm
I.
!ibujo de la instalación.
.
"or#ulas
Tran3erencia de Ca!$r en T"/$ in ai!a#ient$: Q=
2 π K 1 L ln
( T −T ) 1
2
() r2 r1
Tran3erencia de Ca!$r (ara e! T"/$ Ai!ad$: T 1−T 3
Q= ln
() () r2 r1
2 π k 1 L
ln
+
r3 r2
2 π k 2 L
Ca!c"!$ de (-rdida de Ca!$r: Q=mx hfg m=
c ! t
D5nde:
# #aa de! c$ndenad$ en ' 1 ca!idad de! &a($r h fg enta!(ia de e&a($raci5n '
c &$!"#en de c$ndenad$ # F ! &$!"#en e(ecifc$ de! a'"a a (rei5n de! &a($r de a'"a en
#F' t tie#($
I.
Tabla de !atos.
Tie#p o
apor
#in
&resi ón Man. +ar.
Te#p . $C
Te#peratura en los Tubos olu#en de $C Condensado s c#% Tubo ' Tubo ) Tubo Tubo (islado *o (islado ' )
T'
T)
T%
T'
T)
(isla do
*o (isla do
?G ?> ?> ?* ?* ?* ?H+ ?*+
)?H )4 )4 )4 )F> )F> )F> )F*) 4
) ))? ))F ))4 ))F ))F ))F )?*? >
?* ?G ?>+ F+ F) F)+ F? ?GG?
)?H )4 )4 )4 )F> )F> )F> )F*) 4
) ))? ))F ))4 ))F ))F ))F )?*? >
* )4 ?4 ?> F+ )+4? >
, ' ) )., .), / 0 &ro#e dio
JII
C1lculos. Tubo no (islado
Ca!c"!$ de (-rdida de Ca!$r: Q =mx hfg m=
c ! t
Calculando #2
3
!=0.00107889 m / kg −3
c =0.15428 x 10 m 0.15428 x 10
m=
−3
3
m
3
t
=
540 s
3
m ∗540 s 0.00107889 kg
=2.6481 x 10−
4
kg s
Calculando 32 h −h f " = hfg k# kg
h =2716.04
h f =585.599
k# kg
h fg =2732.36
k# kg
k# k# −585.599 kg kg =0.779 k# 2732.36 kg
2716.04
" =
Calcula#os la perdida de calor 4 kg ( 0.779 ) 2732.36 k# Q = 2.6481 x 10 s kg
(
)
−
(
)
0.5636
=
Calcula#os 4 '2 Q=
2 π K 1 L
1
2
() r2
ln
r1
( ( )) Q∗ln
k 1=
( T −T )
2 πL
r2 r1
( T
1−
T 2)
k 1= 3.3986 x 10
Calcula#os
0.5636 =
−3
(
0.038 m 0.032 m
)
2 π ( 0.4 6 m ) ( 410.29 −400.43 ) $ k
k# ms$K
h 2
k# ∗ln s
k# s
Q=2 π r 2 Lh ( T 2 −T a ) h=
Q ( T 2−T a ) r 2 2 πL 0.5636
h=
( 400.43
k# s
297.15 ) $ k ( 0.038 m ) ( 0.46 m ) 2 π
k#
0.049 685
2
s m $ k
−
Tubo (islado2
Ka ;"e e! &$!"#en de c$ndenad$ e 0 !a #aa de c$ndenad$ e , !a (erdida de ca!$r e Ent$nce: Q
=
0
k 2 :
Ca!c"!a#$
T 1−T 3
Q= ln
() () r2 r1
2 π k 1 L
r3 r2
ln
+
2 π k 2 L
K 2 % & 0 et$ ;"iere decir P$de#$ (ercatarn$ ;"e i Q 0 ;"e e! ai!a#ient$ e !$ "fciente#ente e1ten$ (ara e&itar !a tran3erencia de ca!$r E! c$efciente de c$n&ecci5n t-r#ica erá h 0 =
=
III.
Tabla de Resultados
:iste #a (islad o :iste #a *o (islad o
I3.
Calida d del apor 3 ,.//0
Calor !isipa do 5 ,
,.//0
,.<%
Cuestionario.
# 678s
9 4j8#) s$6
4 4j8#s$4
,
,
;
2.6481 x 10
,.,0 =
3.3986 x 1 0
'. >Cu1les son los #ecanis#os de Transferencia de Calor?
La c$nd"cci5n0 !a c$n&ecci5n , !a radiaci5n
). >Cu1les son las ecuaciones funda#entales conducción@ convección@ y radiación?
de
la
Para !a c$nd"cci5n: Q=− KA
dT dx
Para !a c$n&ecci5n: Q=hA ( ∆T )
Para !a radiaci5n: 4
Q= σA T
%. >Có#o describirAa Electricista?
un
circuito
tBr#ico
a
un
In7.
aciend$ "na ana!$'.a entre "n circ"it$ e!-ctric$ , "n circ"it$ t-r#ic$0 !$ c"a!e 3"nci$nan c$n #ecani#$ #", i#i!are
. >5uB es el coeciente de conductividad tBr#ica 4 y que unidades tiene?
E! c$efciente de c$nd"cti&idad t-r#ica e "n (ará#etr$ c$n e! c"a! e #ide !a ca(acidad de #ateria! (ara tran3erirc$nd"cir ca!$r
<. >4 es constante o varia con la te#peratura y la presión?
E "na c$ntante0 , e1ite "na (ara cada #ateria! e#(!ead$
. >5uB es 9 y de que factores depende su valor?
E e! c$efciente caracter.tic$ de !a c$n&ecci5n0 , de(ende de !a !$n'it"d caracter.tica de !a 'e$#etr.a de! #ateria! a. c$#$ de !a te#(erat"ra a#/ienta!
/. >5uB se entiende por cuerpo ne7ro?
E "n c"er($ idea! ;"e a/$r/e t$da !a ener'.a ;"e !e e irradiada0 en e! ca$ de !a tran3erencia de ca!$r er.a "n c"er($ ;"e a/$r/er.a t$d$ e! ca!$r ;"e !e e tran3erid$
3.
Conclusiones.
En eta (ráctica c$n$ci#$ !$ #ecani#$ de tran3erencia de ca!$r0 a. c$#$ !a 3"nci5n de! ai!ante en "na t"/er.a ;"e tran($rta &a($r <"e #", i!"trati&$ ;"e "ti!i8ar !$ c$nce(t$ te5ric$ de tran3erencia de ca!$r0 !!e&ar!$ a !a (ráctica ir&i5 (ara dare c"enta de !a "ti!idad de eta ra#a de !a ciencia (ara di&er$ (r$ce$ E! nic$ inc$n&eniente 3"e ;"e en e! &$!"#en de! c$ndenad$ de! ite#a ai!ad$ #arca/a 0 e$ difc"!t$ !$ cá!c"!$ (ara ete ite#a
