LAB. No 4 : RADIO CRITICO DE AISLAMIENTO
CURSO
:
TRANSFERENCIA DE CALOR ALUMNOS
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DOCENTE
IDROGO SOSA EDDY ALEXIS GAMARRA MIRANDA ANGEL CAJUSOL BALDERA HENRY NAVARRO MANOSALVA ROBERT PARRAGUEZ DE LA CRUZ LUIGHI TAFUR NAQUICHE JEINNER VIDAL ALVARADO CRISTOPHER
:
Dr. JORGE A. OLORTEGUI YUME
Pi!"#!$% &' (! No)i!*r! &+,LABORATORIO No 5: RADIO CRITICO DE AISLAMIENTO
I. OBJETIVOS 1. Demostrar el efecto de un alambre de radio pequeño con aislamiento y sin aislamiento respecto a la velocidad de transferencia de calor. 2. Hallar el calor disipado por convección. 3. Hallar el radio crítico para el aislante.
II. TEORÍA a) Radio crítico Se sabe que al arear m!s aislamiento a una pared o al !tico siempre disminuye la transferencia de calor. "ntre m!s rueso sea el aislamiento# m!s ba$a es la ra%ón de la transferencia de calor. "sto es previsible ya que el !rea A de la transferencia de calor es constante y arear aislamiento siempre incrementa la resistencia t&rmica de la pared sin incrementar la resistencia a la convección. Sin embaro# arear aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esf&rica es un asunto diferente. "l aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción de la capa de aislamiento pero disminuye la resistencia a la convección de la superficie debido al incremento en el !rea e'terior. (a transferencia de calor del tubo puede aumentar o disminuir# dependiendo de cu!l sea el efecto que domine. )onsidere un tubo cilíndrico de radio e'terior superficie e'terior#
cuya temperatura de la
# se mantiene constante *fiura 1+. (a ra%ón de la
transferencia de calor del tubo aislado ,acia el aire circundante se puede e'presar como
"l valor de
al cual
requisito de que
alcan%a un m!'imo se determina a partir del *pendiente cero+. -l derivar y despe$ar r2
resulta que el radio crítico de aislamiento para un cuerpo cilíndrico es
"n la fiura 2 se tiene la r!fica de la variación de aislamiento
con el radio e'terior del
.
b) Con!cci"n nat#ra$ (a transferencia de calor por convección natural sobre una superficie depende de la confiuración eom&trica de &sta así como de su orientación. ambi&n depende de la variación de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades termo físicas del fluido que interviene. -un cuando comprendemos bien el mecanismo de la convección natural# las comple$idades del movimiento del fluido ,acen que sea muy difícil obtener relaciones analíticas sencillas para la transferencia de calor mediante la resolución de las ecuaciones que rien el movimiento y la enería. /tili%ando correlaciones empíricas sencillas como el n0mero promedio de usselt u en la convección natural# tiene la forma
Siendo el n0mero de usselt una función del n0mero de aylei, a. "l n0mero de aylei, por sí mismo puede considerarse como la ra%ón de las fuer%as de flotabilidad y *los productos de+ las difusividades t&rmica y de cantidad de movimiento.
Siendo
N%&!ro d! N#''!$t !n ci$indro' (orionta$!' * !'+!ra' (a capa límite sobre un cilindro ,ori%ontal caliente se empie%a a desarrollar en la parte de aba$o# aumentando su espesor a lo laro de la circunferencia y formando una columna ascendente en la parte superior# como se muestra en la fiura 3. or lo tanto# el n0mero local de usselt es m!s alto en la parte de aba$o y m!s ba$o en la de arriba del cilindro# cuando el flu$o en la capa límite permanece laminar. Se puede determinar el n0mero promedio de usselt sobre la superficie completa con base en la ecuación 4526 7abla 4.1 8 9unus -. )enel: para un cilindro ,ori%ontal isot&rmico.
)uando se conoce el n0mero promedio de usselt y# por consiuiente# el coeficiente promedio de convección# la ra%ón de la transferencia de calor por convección natural de una superficie sólida que est! a una temperatura uniforme Ts ,acia el fluido circundante se e'presa por la ley de e;ton del enfriamiento como
en donde
es el !rea de la superficie de transferencia de calor y h es el
coeficiente promedio de transferencia de calor sobre la superficie.
III. ,RINCI,IO "l poner aislantes sobre un cilindro de di!metro pequeño *o esfera+ puede incrementar la transferencia de calor. "l radio del cilindro o esfera debe estar por encima de un radio crítico * para un cilindro+ antes que el aislamiento redu%ca la transferencia de calor. "sta es la ra%ón por la que los cables el&ctricos aislados pueden soportar m!s corriente que los no aislados. - una misma temperatura# los alambres aislados transfieren m!s calor. (as tuberías de pequeño di!metro frente a tuberías de ran di!metro e'perimentan el mismo fenómeno.
IV. MATERIALES- E/I,OS E INSTR/MENTOS 1.
2.
3. "quipo de alimentación de enería el&ctrica= variac
>. "quipo para ensayo= módulo de laboratorio para ,ablar radio crítico. 6. Dispositivos de medición= termocuplas# pin%a amperim&trica.
V.0 ,ROCEDIMIENTOS 1. Instalar el equipo a utili%ar verificando que todo est& correctamente conectado# y al momento de enc,ufar el variac verificar que este se encuentre en cero. 2. . /tili%ando una termocupla medir las temperaturas tanto en el alambre desnudo *ambos sementos+ como en la parte @aisladaA.
6. De acuerdo con la teoría de convección natural# ,allar la temperatura media para los tres sementos *si las temperaturas en ambos sementos son iuales solo se ,allar!n 2 temperaturas medias + B. )on las temperaturas medias sacar de la tabla -516 7 : los datos siuientes= Interpolar si es necesario. C. eempla%ar los datos anteriores y ,allar el n0mero de Rayleigh a con la ecuación *>+ . Hallar el n0mero de usselt a partir de la ecuación 4526 de la tabla -516 7 : 4. /sando la ecuación *3+ calcular el coeficiente de convección , 1?.Hallar la disipación de calor 11. eali%ar los pasos del B al 1? tanto para la parte del alambre desnudo como para la parte aislada. 12.Einalmente ,allar el radio crítico mediante la ecuación *2+ F (a resistencia t&rmica desde el alambre pasando por el tubo de vidrio ,asta llear al aire es menor que del alambre no aislado# ya que requiere menos para transferir esencialmente el mismo calor. F (os datos adicionales como coeficientes *G+ de los materiales se encuentran en las tablas ane'adas. F o se considerar! el efecto por radiación en este e'perimento.
VI.0 CALC/LOS:
ALAMBRE DESN/DO
TS = 272 °C T∞ = 27 °C
m 2C2 2C J 2 1>4.6 K)
De la tabla -516 del libro de transferencia de calor de 9unus )enel obtenemos las siuientes propiedades del aire= L?.336 Ʋ >.?B?4'1?M56 mM2Js Pr = 0.7014
(ueo=
VII.0 RES/MEN DE RES/STALDOS:
VII.0 CONCL/SIONES: -( culminar la reali%ación del e'perimento de radio crítico se comprobó la teoría de que el alambre disipa mayor cantidad de calor cuando este se encuentra aislado que cuando est! desnudo# adem!s se dedu$o analíticamente el radio crítico para el aislamiento.
VIII.0 RECOMENDACIONES: 1. or nin0n motivo tocar el alambre desnudo mientras el N-I-) est& conectado. 2. ener cuidado al momento de las mediciones con la pin%a amperimetrica y las termocuplas ya que e'iste rieso de quemaduras.
I1.0 RE2ERENCIAS BIBLIO3RA2ICAS 71: ransferencia de calor y masa > - edición# 9unus )enel.
1.0 ANE1OS:
