Laboratorio Transferencia de Calor por conducción Oluwatoni Adeolu Adetayo Código: 201614000004
Diego Andrés Cerón Ramírez Código: 201320009004 Alejandro Renza Chavarría. Código: 201320005004
Datos
Imagen 1. Montaje Utilizado en la práctica Diámetro del tubo = 38,6 mm = 0,038 m Radio del tubo = 0,0193 m Distancia L entre Termocuplas = 88,95 mm = 0,08895 m
Tabla 1. Datos práctica conducción Tiempo Temperatur Temperatur Temperatur Temperatur (min) a 1 (°C) a 2 (°C) a 3 (°C) a 4 (°C) 0 28 24 24,4 24,4 5 30 25 24,4 24,7 10 34 28 24,4 25,4 15 40 31 24,4 26,6 20 44 35 24,4 27,7 25 48 37 24,4 28,9 30 52 40 24,4 29,9 35 56 42 24,4 30,8 40 59 44 24,4 32 45 61 46 24,4 32,6 47 62 46 24,4 33,1 50 64 48 24,4 33,8 55 64 48 24,4 34,1 60 64 48 24,4 34,3 En la tabla 1 se presentan las temperaturas registradas en el montaje respecto al tiempo, estos datos se registraron con la finalidad de tener las condiciones de equilibrio del sistema.
Las temperaturas con las que se realizarán los cálculos de este informe son las temperaturas finales a las cuales el sistema se estabilizó. T1=64°C, T2=48°C, T3=24,4°C, T4=34,3°C Cálculos. ●
Valdimetria para el flujo volumétrico y másico del agua.
Flujo volumétrico = V/t Tabla 2. Datos Valdimetría. Valdimetría Tiempo (s) Flujo (ml/s) 100 37,88 100 42,95
Volumen (ml)
2,639915523 2,328288708
Flujo Volumétrico promedio = 2,484102115
2,484102115 ml / s=0,0000024841 m3 / s Densidad del agua a 24,4°C = 997 Kg/m 3 (1) Flujo másico= Flujo Volumétrico*¨Densidad Flujo másico = 0,002476 Kg/ s ● Q que gana el agua El agua viaja a través de un serpentín enroscado en el tubo de cobre, al estar en contacto con el tubo gana calor por parte de él. El agua tiene unas condiciones antes de entrar en contacto con el tubo y tiene otras condiciones cuando sale del serpentín, para este cálculo se denomina estado 3 a las condiciones de entrada y estado 4 a las condiciones de salida. - Estado 1
T 3=24,4 ° C u 3=102,31996 Kj /kg -
(2) Estado 2
T 4=34,3 ° C u 4=143,704 Kj /kg En un sistema a volumen constante el calor está dado por la siguiente expresión: Q=m∗(u 4−u 3) ; m=flujo másico . Ecuación 1.
Q=(0,002476)Kg/ s∗(143,704−102,31996)Kj /kg Q=0,102472 Kj / s=0,102472 KW * Al asumir el tubo de transferencia como un sistema completamente adiabático se hace la suposición que el Q que gana el agua al pasar por el serpentín es igual al Q que se gana el tubo de cobre al entrar en contacto con el vapor de agua.
● Q por conducción El calor por conducción se expresa con la siguiente expresión Qcond=( K∗Ac∗Δ T )/ L; Ecuación 2. Donde K= Coeficiente de conductividad Térmica [=] W/m*°C Ac= Área de transferencia de calor L= Espesor de la superficie de transferencia. Según la suposición anteriormente mencionada Q por conducción es igual a Q que gana el agua.
Qcond=0.102472W Para el montaje de esta práctica el Área de transferencia Ac es la sección transversal del tubo de cobre. 2
Ac=π∗r 0,0193 ¿2=0,00117 m2 Ac=π∗¿ El espesor de la superficie de transferencia es la distancia L entre las termocuplas
L=0,08895 m El Delta de temperatura está dado por las temperaturas del tubo de cobre registradas en las termocuplas (T1 y T2)
T 1=64 ° C T 2=48 ° C Organizando la Ecuación 2 tenemos que:
K=Q∗L/(Δ T∗Ac) (64 ° C−48 ° C)∗(0,00117 m2) K=(0,102472 KW )∗(0,08895 m)/¿ K experimental=0,49758 KW /m∗° C=497,58 W /m∗° C Coeficiente de Conductividad Térmica teórico del Cobre puro K teórico=401 W /m∗° C (3) ●
Porcentaje de Error
%E=¿ K teórico−K experimental ∨¿ K teórico∗100 %E=24,084
Referencia (1) Cengel, Y.A.,Boles,M.A,(2012) Apéndice 1, Tabla A-3 “ Propiedades de líquidos, sólidos y alimentos comunes”, Termodinámica (7°a ed.) Mc graw Hill (2) Cengel, Y.A.,Boles,M.A,(2012) Apéndice 1, Tabla A-4 ”Agua saturada. Tabla de temperaturas”, Termodinámica (7°a ed.) Mc graw hill (3) Cengel, Y.A.,Ghajar,A.J,(2011) Apéndice 1, Tabla A-3 “Propiedades de metales sólidos”, Transferencia de calor y masa (4°a ed.) Mc graw hill
