Practicas Transferencia

7/26/2019 Practicas Transferencia

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Transferencia de Calor

PRACTICA N° 1

CARRERA: INGENIERIA MECANICA

CURSO: Transferencia de Calor

DOCENTE: ING. NELSON JARA

ALUMNOS:

o Buenaño Merino Carlos

o Benavides Paredes Luis

o Herrera Ordoñez Andrés

o Plaza Tepan Juano Solórzano García Joseph

o Torres Díaz Cristian

o Reinoso Daniel

I. TEMA: CONDUCCION EN PAREDES COMPUESTAS EN ESTADO ESTABLE – ECUACION DE

FOURIER

1. OBJETIVOS.

2. Medir el flujo de calor para el caso de conducción estable de calor a través

de una pared plana compuesta.3. Calcular el valor del coeficiente de conductividad térmica del material y

el valor del coeficiente global de transferencia de calor.

4. MARCO TEORICO

Conducción en paredes planas compuestas

Sea una pared plana compuesta por tres materiales A, B, y C, a través de la cual se produce

una transmisión de calor por conducción en estado estacionario: [2]



Figura 1. Pared compuesta

Las conductividades caloríficas de los materiales A, B, y C son, respectivamente k A, kB, kC;

los respectivos espesores son los indicados; y las diferencias de temperaturas entre las

superficies que delimitan cada uno de los materiales:

La diferencia de temperatura entre las superficies exteriores que delimitan la pared

es: .

Si se aplica la ecuación vista para una pared simple a cada una de las capas:

y sumando miembro a miembro, resulta:

(1)

de donde : o bien



(2)

De acuerdo con las ecuaciones anteriores:

(3)

es decir, las diferencias de temperatura a lo largo de una pared compuesta son

directamente proporcionales a las correspondientes resistencias térmicas.

Hay que tener en cuenta, además, que siempre que los sólidos están en contacto, suelen

establecerse resistencias adicionales de contacto entre cada dos de ellos, debidas a las

imperfecciones superficiales de los mismos, por bien pulidos que estén. Siempre

quedará ocluido aire entre ambos, a cuyo través, el calor que pasa por conducción se

verá muy impedido, originando descensos importantes de la temperatura. Otras veces

los sólidos que se ponen en contacto son metálicos, siendo frecuente entonces que sobre

sus superficies se formen finísimas capas de óxidos de conductividades caloríficas muy

inferiores a las de los metales, determinando nuevas resistencias. [2]

Una aplicación más compleja del enfoque del circuito térmico sería la indicada en la figura

2, en la cual el calor se transfiere a través de una estructura formada por una resistencia

térmica en serie, otra en paralelo y una tercera en serie.[1]

Figura 2. Pared compuesta en serie-paralelo-serie

(4)



4.2 Ecuación de Fourier.

Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un medio sólido, el calor fluirá desde

la región con mayor temperatura a la región con menor temperatura. La Ley de Fourier

indica que potencia calorífica que se transfiere por conducción qk es proporcional al

gradiente de temperatura y a área a través de la cual se transfiere el calor1 :

(5)

Donde k es la constante de proporcionalidad llamada conductividad térmica y refleja las

propiedades conductoras del material 2; el signo negativo indica que cuando la

temperatura aumenta con la posición, el calor fluye hacia regiones de menor temperatura.

La figura 1a muestra esta situación en un sistema donde las paredes paralelas al plano

(y,z), separadas una distancia L, se encuentran a temperaturas T1 y T2 > T1 conocidas.

El calor fluirá en la dirección x (porque no existe gradiente de temperaturas en las otras

direcciones) y puede expresarse como: [3]

(6)

Siempre que la conductividad térmica k sea constante a lo ancho del material.

4.3 Coeficiente de conductividad térmica

La conductividad térmica k es una propiedad de los materiales que, excepto en el caso de

los gases a bajas temperaturas, no es posible predecir analíticamente. La información

disponible está basada en medidas experimentales. [1]

En general, la conductividad térmica de un material varía con la temperatura, pero en

muchas situaciones prácticas, si el sistema tiene una temperatura media, se puede

considerar con un valor medio constante, lo que proporciona resultados bastante

satisfactorios. [1]

En la Tabla 1, se relacionan los valores típicos de la conductividad térmica de algunos

metales, sólidos no metálicos, líquidos y gases, que nos dan una idea del orden de

magnitud con que se presenta en la práctica, mientras que en las figura 3, se presenta una

gráfica de conductividades térmicas, entre 0 y 450 W/mK para metales y aleaciones

(buenos conductores térmicos). [1]



Particularizada la anterior ecuación al caso de una placa plana en que sus

superficies tengan una diferencia de temperaturas ΔT, tenemos: [4]

(8)

Donde se define la resistencia térmica por conducción de una placa plana como:

(9)

c) Resistencias térmicas conductivas en caso de capa cilíndrica

Particularizada la anterior ecuación al caso de una capa cilíndrica en que sus superficies

tengan una diferencia de temperaturas ΔT, tenemos: [4]

(10)

Donde se define la resistencia térmica por conducción de una capa cilíndrica como: [4]

(11)

d) Resistencias térmicas conductivas en caso de capa esférica

Particularizada la anterior ecuación al caso de una capa esférica en que sus superficies

tengan una diferencia de temperaturas ΔT, tenemos: [4]

(12)

Se define la resistencia térmica por conducción de una capa esférica como: [4]

(13)

4.5 Coeficiente Global de transferencia de Calor (U)

En cada una de las configuraciones analizadas se puede resumir la contribución de las

diferentes capas de material y la existencia de convección y radiación en una resistenciatérmica global del sistema, y con su inversa definir el coeficiente global de transferencia



de calor, así:[4]

(14) , (15)

(16),(17)

(18),(19)



5.1 Preparación y ajuste del equipo

Como primer paso se debe colocar la pasta térmica en las superficies de contacto de las

secciones del dispositivo HT11 (sección de calentamiento, enfriamiento y el espécimen a

prueba), y asegurarlas de forma correcta con las agarraderas.

Conectar los termopares en la unidad de servicio HT10XC procurando conectar cada

termopar en su zócalo, razón por la cual cada punto de conexión y cada terminal están

numerados del 1 al 8 más para este ejercicio no se conectan las termocuplas T4 y T5. Inspeccionar que la conexión a la fuente de agua fría este acoplada con el regulador

de presión y no posea fugas.

Actividades del alumno.

7.1 Realizar un gráfico temperatura vs posición de las termocuplas donde se puedan observar

las líneas a través de los puntos medidos para la sección de calentamiento y de enfriamiento.

5. Desarrollo



7.2 Gráfico temperatura vs posición de las termocuplas realizado en Excel

NOTA:

Los valores ocultos en las tablas de datos serán entregados al finalizar el

ejercicio.

Conclusiones.

Se pudo medir fácilmente el flujo de calor para el caso de conducción estable de calor a

través de una pared plana compuesta por medio del software de la

computadora.

Para realizar la práctica de transferencia de calor; en este caso, veríamos la conducción de calor

en paredes compuestas en estado estable, para esto se colocó 6 termocuplas, para observar el

cambio de temperatura con la distancia resultante de la conducción lineal de calor a lo largo de

una barra de un material conductor a diferentes tasas de flujo de calor a través de la barra al

momento de ver las gráficas que nos envía el software notamos una ciada en el gradiente de

temperatura.

Cuestionario.

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

E x t r a p o l a t e d t e m p e r a t u r e s

[ ° C ]

Position along Bar [mm]



1. ¿Cómo afectan las diferentes variables presentes en la ecuación de Fourier en los valores

obtenidos?

Siempre que existe un gradiente de temperaturas en un medio sólido, el calor fluirá desde

la región con mayor temperatura a la región con menor temperatura. La Ley de Fourier indica que potencia calorífica que se transfiere por conducción qk es proporcional al

gradiente de temperatura y a área a través de la cual se transfiere el calor1 :

1 ¿Cómo varia el diferencial de temperatura respecto al aumento de voltaje?

Dado que la corriente I es igual V/R, a medida que sube el voltaje la corriente aumenta. Y

como la potencia es P=V*I, la potencia (y por tanto el brillo y el calor también aumentan).

El comportamiento de la resistencia con la temperatura depende del material del que esté

hecha la resistencia, en el caso de un bombillo normal de tungsteno, la resistencia

aumenta con la temperatura.

Por eso, en el caso del bombillo normal y de una instalación normal, en la que el voltaje es

constante e igual a 220 ó 125 volts, al calentarse el bombillo, el valor de la resistencia sube

ligeramente, lo que provoca una disminución de la intensidad y de la potencia, hasta quese estabiliza la temperatura. Si no fuera así, la temperatura aumentaría sin control hasta

que se rompería el filamento

2 ¿Cómo afecta la pasta térmica colocada en las superficies de contacto en el proceso de

transferencia de calor?

La pasta térmica, también llamada grasa siliconada, silicona térmica, masilla térmica (o

también "Pasta, silicona, masilla o grasa para semiconductores"), es una sustancia que

incrementa la conducción de calor entre las superficies de dos o más objetos que pueden

ser irregulares y no hacen contacto directo. En electrónica e informática, es frecuentemente

usada para ayudar a la disipación del calor de componentes mediante un disipador.

Referencias.

[1] http://01a4b5.medialib.edu.glogster.com/media/8c/8cb4f786b59b7

cab5df50cde7f797fdb18acbb8fe964e9947093ddf0d066f832/teorico-

conduccion.pdf

[2] http://ocwus.us.es/arquitectura-e-ingenieria/operaciones-

basicas/contenidos1/tema7/pagina_06.htm

[3] http://www.fing.edu.uy/~skahan/tranferenciacalor.pdf



[4] http://www.idae.es/uploads/documentos/documentos_10540

_Diseno_y_calculos_aislamiento_AISLAM_GT3_07_01ee3c15.pdf




PRACTICA N° 2CARRERA: INGENIERIA MECANICA



ALUMNOS:




o Plaza Tepan Juan

o Solórzano García Josepho Torres Díaz Cristian

o Reinoso Daniel

I. TEMA: CONCEPTO DE LINEA DE SATURACION – TABLAS DE VAPOR

II. OBJETIVOS.

Comprender la aplicación de aislantes térmicos y su influencia en la conductividad de

materiales.

Calcular el valor del coeficiente de conductividad térmica del material aislante.

III. MARCO TEÓRICOAISLANTE TÉRMICO

Un aislante térmico es un material cuyas características proporcionan resistencia al paso del calor o la

energía. Materiales como el corcho o el papel poseen valores de conductividad térmica bajos, esto

significa que tan solo una pequeña cantidad de calor pasará a través del material a pesar de existir una

diferencia de temperatura alta en las superficies del aislante. Los aislantes térmicos son utilizados

prácticamente en situaciones donde se requiere reducir las pérdidas de calor de un cuerpo caliente a sus

alrededores.

Las principales ventajas de los materiales aislantes son los siguientes:

Prevenir la transmisión del calor que entra desde el aire circundante caliente a elementos que irradian

calor.

Para ayudar a reducir las necesidades de energía para sistemas de refrigeración si se utilizan.

Los materiales no conductores o aislantes se clasifican, según las últimas normas del Comité Electrotécnico

Internacional, en distintas clases teniendo en cuenta los valores máximos de temperatura admisible:

o Clase Y: temperatura máxima de funcionamiento 90ºC; algodón, seda y papel y sus derivados, sin

impregnación.

o Clase A: temperatura máxima 105ºC; algodón, seda y papel y sus derivados, convenientemente

impregnados, recubiertos o sumergidos en un líquido aislante, por ejemplo, aceite.

o Clase E: temperatura máxima 120ºC, materiales, simples o compuestos, con estabilidad térmica

adecuada para actuar a dicha temperatura.

o Clase B: temperatura máxima 130ºC; amianto, mica, fibra de vidrio y sus derivados con la adición de

aglomerantes apropiados.



o Clase F: temperatura máxima 155ºC; amianto, mica, fibra de vidrio con los aglomerantes adecuados

para soportar dicha temperatura.

o Clase H: temperatura máxima 180ºC; elastómeros de siliconas, amianto, mica, fibra de vidrio, con

resinas de siliconas como aglomerante.

o Clase C: temperatura de funcionamiento superior a 180ºC; mica, materiales cerámicos, vidrio, cuarzo

con aglomerantes inorgánicos o sin ellos.

COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (K)

Es el coeficiente que expresa la magnitud o flujo de calor que pasa a través de la unidad de superficie de

una muestra de material, de extensión infinita, caras plano - paralelas y espesor la unidad, cuando entre

sus caras se establece una diferencia de temperaturas igual a la unidad, en condiciones estacionarias. El

coeficiente de conductividad térmica varía según las condiciones del material (humedad que contiene,

temperatura a la que se hace la medición), por lo que se fijan condiciones para hacerlo, generalmente

para material seco y 15°C y en otras ocasiones, 300 K (26,84 °C).

AISLANTES MÁS EMPLEADOS, CARACTERÍSTICAS Y APLICACIONES.

Aislamiento resistivo

En general, además del vacío, los peores conductores de calor son los gases (como el aire). Debido a ellolos materiales constructivos considerados como aislantes son precisamente aquellos que deben su

ligereza a la gran cantidad de aire encapsulado en su interior, como las colchonetas hechas a base de

fibras. Mientras más pequeños y numerosos sean los compartimientos de aire mayor será la capacidad de

aislamiento. Tal es el caso de materiales como el poliuretano y el poliestireno.

Productos aislantes resistivos

Los productos aislantes resistivos se suelen encontrar en cuatro formas distintas: placas, fieltros, rociados

(espreados), y rellenos:

Placas

Las placas rígidas generalmente se hacen con espumas sintéticas como el poliestireno expandido (EPS) o

extrudido (XPS), el poliuretano expandido y el poliisocianurato. En ocasiones también se producenmediante materiales fibrosos prensados.

Estos productos ofrecen un excelente aislamiento térmico (un elevado valor R) y acústico, además de que

son relativamente resistentes a pesar de su ligereza. Por otro lado suelen brindar una buena cobertura

superficial, reduciendo las pérdidas y ganancias de calor a través de fisuras. Las placas aislantes

generalmente se aplican en la parte externa de los cerramientos exteriores (muros y cubiertas) o en

cámaras de aire. También es común su uso en cimentaciones, suelos y cielorrasos.

Fieltros

Los fieltros (o colchonetas) se fabrican con distintos tipos de fibras que pueden ser sintéticas, de vidrio,

minerales o naturales. La fibra de vidrio se produce con arena y vidrio reciclado, mientras que la fibra

mineral se hace con una mezcla de roca basáltica y residuos metálicos triturados. Una ventaja importante

de los fieltros es su flexibilidad, ya que son muy fáciles de cortar y adaptar a distintas situaciones de obra.

Aislantes rociados

Los aislantes rociados se componen de fibras sueltas o pequeños agregados, generalmente adicionados

con adhesivos para hacerlos más resistentes. Generalmente se producen con fibras de vidrio, minerales o

de celulosa. En el caso de las fibras de celulosa, casi siempre se producen a partir de papel reciclado y se

tratan con químicos que retardan el fuego.

Estos aislantes suelen aplicarse sobre los cielorrasos o como relleno de cavidades en el interior de algunos

cerramientos. Pueden proporcionar una buena resistencia a la infiltración si son lo suficientemente

densos.

Espumas de relleno



Las espumas de relleno, generalmente producidas con base en materiales como el poliuretano, se

introducen directamente en las cavidades de algunos cerramientos. Al inyectarla, la espuma se expande

hasta llenar por completo dichas cavidades.

Una desventaja de las espumas es que casi siempre deben ser aplicadas por instaladores profesionales y

con equipos especiales. Sin embargo ofrecen la posibilidad de generar un aislamiento perfectamente

ajustado a las cavidades, haciendo más eficiente su función y reduciendo las infiltraciones de aire a través

de la envolvente.

Aislamiento reflectante (radiante)

A diferencia de los aislantes resistivos, que reducen la transferencia de calor por conducción, los aislantes

reflectantes actúan como barrera a las ondas radiantes, principalmente aquellas ubicadas en el rango de

los infrarrojos. Por lo general se producen fijando una capa de aluminio, u otro material de brillo similar,

a una lámina más o menos flexible de plástico o de cartón.

Los aislantes reflectantes se pueden emplear para reducir tanto las ganancias de calor en los climas cálidos

como las pérdidas en los climas fríos, para ser efectivos deben tener un alto índice de reflectancia (por lo

menos 0.9).

NORMAS DE ENSAYO PARA MATERIALES AISLANTES.Las Normas UNE se emplean para la realización de los ensayos correspondientes.

Ensayo de conductividad térmica

UNE 53-037-76 Materiales plásticos. Determinación de la conductividad térmica de materiales

celulares, con el aparato de placas.

Ensayo de densidad aparente

UNE 53.144 Materiales plásticos. Espumas flexibles de poliuretano. Determinación de la densidad

aparente.

UNE 53.215 Materiales plásticos. Determinación de la densidad aparente.

UNE 56-906-74 Aglomerado expandido puro de corcho para aislamiento térmico. Placas.

Determinación de la densidad aparente. Ensayo de permeabilidad al vapor de agua

UNE 53.312 Materiales plásticos. Materiales celulares rígidos. Permeabilidad al vapor de agua de

materiales aislantes térmicos.

Ensayo de permeabilidad al aire de ventanas

UNE 7-405-76 Métodos de ensayo de ventanas. Ensayo de permeabilidad al aire (concuerda con la

EN 42).

UNE 85-205-78 Métodos de ensayo de ventanas. Presentación del informe de ensayo (concuerda

con la EN 78).

Ensayo de absorción de agua por volumen

UNE 53.028 Materiales plásticos. Determinación de la absorción de agua.

Otras Normas de ensayo para materiales aislantes térmicos

UNE 53.029 Materiales plásticos. Determinación de la resistencia química.

UNE 53.126 Materiales plásticos. Coeficiente de dilatación líneal.

UNE 53.127 Inflamabilidad de las espumas y láminas de plástico.

UNE 53.181 Materiales plásticos. Espumas flexibles de poliuretano. Determinación de la

deformación remanente.

UNE 53.182 Materiales plásticos. Espumas flexibles de poliuretano. Determinación de la

resistencia a la compresión.

UNE 53.205 Materiales plásticos. Materiales celulares rígidos. Determinación de la

resistencia a la compresión.



UNE 53-310-78 Materiales plásticos. Espumas de poliestireno expandido utilizadas como

aislantes térmicos en habitáculos y en instalaciones isotérmicas y frigoríficas. Características

y ensayos.

UNE 53-351-78 Plásticos. Espumas rígidas de poliuretano utilizadas como aislantes térmicos

en habitáculos y en instalaciones isotérmicas y frigorificas. Características y métodos de

ensayo


Características, muestreo y embalado.


Determinación de dimensiones.


Determinación de la densidad aparente.


Determinación de la resistencia a la rotura por flexión.


Determinación del comportamiento en agua hirviendo.

IV. PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA.MÉTODOS:

Mediante la medición de la diferencia de temperatura resultante de un flujo de calor desconocido a través

de un espécimen de material aislante se pretende emplear la ecuación de Fourier para calcular la

conductividad térmica del material usado.

EQUIPOS:

Unidad de servicio de transferencia de calor HT10CX.

Equipo de transferencia de calor de conducción lineal HT11.

Pasta térmica.

Material Aislante Intermedio (disco de corcho).

PREPARACIÓN Y AJUSTE DEL EQUIPO

Medir el espesor del disco de corcho que se empleará en el experimento.

Asegurar las secciones de calentamiento y de aislamiento con el disco de corcho colocado en el medio de

las secciones antes nombradas.

Conectar los termopares en la unidad de servicio HT10XC procurando conectar cada termopar en su

zócalo, razón por la cual cada punto de conexión y cada terminal están numerados del 1 al 8 más para este

ejercicio no se conectan las termocuplas T4 y T5.

Inspeccionar que la conexión a la fuente de agua fría este acoplada con el regulador de presión y no posea

fugas.



Fig 1. Armado final del dispositivo.

PROCEDIMIENTO

1. Verificar que la unidad de servicio este conectada de manera correcta, es decir, que el equipo esté

acoplado a la parte posterior de la unidad de servicio por medio de la conexión eléctrica. De igual manera

inspeccionar que la salida de 24 V (OUTPUT2) en la parte posterior de la unidad de servicio este conectada

a la sección de calentamiento.

2. Ubicar el dispositivo HT11 armado con las secciones a trabajar al mismo nivel que la unidad de servicio

HT10XC.

3. Encender la unidad de servicio HT10XC mediante el botón de encendido en la parte superior izquierda de

la unidad y verifique que el panel frontal se encienda.

4. Seleccionar el control del dispositivo en MANUAL y ajuste el voltaje inicial a 9V girando el control de voltaje

de la unidad.

Fig 2. Partes del equipo.

5. Ingrese al software del dispositivo HT11 LINEAR HEAT CONDUCTION donde seleccionará el ejercicio G.

6. Ahora se tiene que cambiar el control del equipo a REMOTO mediante el selector de operacion y verificar

que la pantalla frontal de la unidad de servicio se apague.

7. El voltaje de calentamiento debe ser 1.5 V, por lo tanto se debe ingresar el valor por teclado o mediante

las flechas en la casilla de control dentro del programa hasta llegar al voltaje inicial. (Tabla de equivalencias1).

Tabla1.EquivalenciasdeVoltaje-Porcentaje.

8. Ajustar la toma de datos a manual dentro del menú de configuración de muestras (SAMPLE).

9. Esperar que el equipo se estabilice, lo cual se demostrará mediante la visualización de valores en la

casilla de control de voltaje de calentamiento que se halla debajo de la casilla de voltaje inicial, este

proceso toma aproximadamente 2 minutos.

10. Tomar la muestra respectiva mediante el botón “Go”.

11. Aumentar el voltaje a 2 Voltios, esperar que el equipo se estabilice y repetir el muestreo.

12. Ajustar el voltaje al mínimo en la casilla de voltaje y apagar el equipo pulsando el botón “POWER ON” en

el diagrama del programa.

13. Colocar el selector de operación en manual y reducir el voltaje mediante el control de voltaje, además

apagar la unidad HT10XC.

14. Permitir que el agua fría circule al menos 25 minutos más por el sistema para favorecer el enfriamiento.

15. Para la exportación de datos, se guardan el archivo de los resultados que luego debe ser abierto con el

programa EXCEL donde se podrán contar con los valores obtenidos durante la práctica para su posterior

manejo.



V. CALCULOS/GRAFICOS/ESQUEMASAlgunos de las constantes necesarias para este ejercicio son:

Para cada serie de valores tomados los resultados deben ser calculados bajo las siguientes fórmulas:

Grafica de vs según los datos obtenidos.

Datos obtenidos.

ThermocoupleDescription

PositionalongBar

[mm]

TemperatureReadings

[°C]t1 t2 t3 t6 t7 t8

Heater Voltage

[V]

Heater Current

[A]

Insulator Thickness

[mm]

ExtrapolatedTemperatures

[°C]

ThermocoupleT1 15,0 133,0 133,0 78,3 77,8 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 133,0

ThermocoupleT2 30,0 78,3 133,0 78,1 77,6 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 78,3

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

0,0 20,0 40,0 60,0 80,0 100,0

Temperatura vs Posicion



ThermocoupleT3 45,0 77,8 133,0 77,8 77,3 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 77,8

Hot Face 52,5 133,0 77,6 77,1 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 77,6

Cold Face 53,4 115,7 77,3 76,8 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 19,3

ThermocoupleT6 60,9 19,2 94,7 77,1 76,6 19,2 19,0 18,2 1,6 0,17 0,9 19,2

ThermocoupleT7 75,9 19,0 19,0

ThermocoupleT8 90,9 18,2 18,2

Cálculos de Conductividad

Temperatura en la superficie caliente del aislante77,59

°C

Temperatura en la superficie Fría del aislante19,34

°C

Diferencial de temperatura a través del aislante58,25

°C

Área transversal 0,000490862 m2

Flujo de Calor 0,272 W

Coeficiente de conductividad térmica de la secciónintermedia. 0,04

W/m°C

VI. ANALISIS DE RESULTADOSEl grafico obtenido de la relación de la temperatura con respecto a la posición de las termocuplas

nos muestra una tendencia de decaimiento de la temperatura de una manera uniforme lo cual

es correcto, esta baja de temperatura sufre un gran salto en la posición 4 y 5 donde se encuentra

el aislamiento en donde se comprueba que el asilamiento funciona de manera correcta existiendo

un flujo de calor bastante bajo en esa zona.

VII. CONCLUCIONES

Se logró conocer la variedad de aislantes térmicos disponibles y la gran utilidad que tienen en

el efecto de la conductividad térmica.

Existen una gran variedad de ensayos para materiales aislantes los cuales están descritos

mediante las normas UNE.

Los resultados obtenidos de la toma de datos en el laboratorio, para el posterior cálculo

realizado son lo bastante aproximados por lo que se logró encontrar el coeficiente térmico del

material aislante (corcho) de 0,04 W/m°C el cual está en el rango al valor proporcionado por

tablas de materiales aislantes.

Gracias a la guía la práctica fue realizada de la manera correcta cumpliendo con los objetivos

plantados, fue importante realizar un segundo muestreo de datos, para asi garantizar una

aproximación más real, también es indispensable conocer sobre el software para agilizar la

práctica.



VIII. BIBLIOGRAFIA.

[1] Materiales aislantes [en línea]. [Consultado 30 mayo 2016]. Disponible en: http://www.sol-

arq.com/index.php/caracteristicas-materiales/materiales-aislantes

[2] Normas de ensayo exigibles a los materiales usados como aislantes térmicos [en línea].

[Consultado 30 mayo 2016]. Disponible en:

http://www.miliarium.com/Prontuario/ArquitecturaSostenible/AhorroEnergiaConstruccion/Norma

s_Ensayo.asp

IX. ANEXOS

CUESTIONARIO

1. ¿Cómo es afectada la transferencia del calor cuando se emplean aislantes?

La transferencia de calor disminuye ya que los aislantes tienen un coeficiente de conducción

bastante bajo por lo que no conducen calor.2. El papel se emplea como aislante para experimentos de laboratorio. ¿Es este material mejor

aislante que el corcho? ¿Por qué?

No, porque uno es mejor conductor de calor que el otro, en este caso el papel se quema antes que el

corcho.

3. ¿Por qué la gradiente de temperatura en los gráficos que se obtienen al emplear aislantes

térmicos tiende a ser pequeña?

Porque la conductividad baja de los materiales aislantes tienen este comportamiento ya que

todo el material aislante conserva la misma temperatura.

4. ¿Cuáles deben ser los parámetros para poder seleccionar un aislante adecuado?Si se tiene el coeficiente de conductividad térmica, ese sería el principal, después se tiene

parámetros como espesores, formas geométricas, impacto ambiental, etc.




PRACTICA N° 3




ALUMNOS:




o

Plaza Tepan Juano Solórzano García Joseph


o Reinoso Daniel

I. TEMA: CONDUCCION EN ESTADO NO ESTABLE.

1. OBJETIVOS.

Observar de manera cualitativa la conducción de calor en estado no estable.

2. Marco Teorico.

CONDUCCIÓN NO ESTACIONARIA

Durante la transferencia de calor transitoria, la temperatura normalmente varía tanto

con el tiempo como con la posición. En el caso especial de variación con el tiempo pero

no con la posición, la temperatura del medio cambia uniformemente con el tiempo. Los

sistemas con una transferencia de calor de este tipo se llaman sistemas de parámetros

concentrados o de resistencia interna despreciable. Por ejemplo, un pequeño objeto

metálico, como una unión de un termopar o un alambre delgado de cobre, se puede

analizar como un sistema de parámetros concentrados durante un proceso de

calentamiento o de enfriamiento. La mayoría de los problemas de transferencia de calor

que se encuentran en la práctica son de naturaleza transitoria, pero suelen analizarse

bajo condiciones que se suponen estacionarias, ya que los procesos estacionarios son

más fáciles de analizar y suministran respuestas a nuestras preguntas. Por ejemplo, la

transferencia de calor a través de las paredes y el techo de una casa típica nunca es

estacionaria, puesto que las condiciones en el exterior, como la temperatura, la

velocidad y dirección del viento, la ubicación del Sol, cambian en forma constante.



Fig. 4.1 Conducción de Calor Transitoria en una Pared Plana.

PARED PLANA

Considere un elemento delgado de espesor en una pared plana grande, Suponga que

la densidad de la pared es r, el calor específico es C y el área de la pared perpendicular a

la dirección de transferencia de calor es A. Un balance de energía sobre este elementodelgado, durante un pequeño intervalo de tiempo , se puede expresar como:

Pero el cambio en el contenido de energía interna del elemento y la velocidad de

generación de calor dentro del elemento se pueden expresar como:

Al sustituir en la ecuación 2-6, se obtiene:

Al dividir entre da:

Al tomar el límite cuando y se obtiene:



Por la definición de derivada y a partir de la ley de Fourier de la conducción del calor,

El área A es constante para una pared plana, la ecuación unidimensional de conducción

de calor en régimen transitorio en una pared de ese tipo queda:

Conductividad Variable:

Conductividad Constante:

Régimen transitorio, sin generación de calor:

4.2 APLICACIONES DE LA CONDUCCIÓN EN ESTADO NO ESTABLE

Alguna de las aplicaciones que se dan en la industria son:

Tratamientos térmicos de materiales (proceso de templado).

Esterilización de alimentos.

Control de los microorganismos en los alimentos:

Microorganismos como las bacterias, los mohos y los virus se encuentran en el aire, el

agua, el suelo y los productos alimenticios no procesados, y causan sabores y olores

fuera de lo común. El mejor desarrollo de los microorganismos ocurre a las

temperaturas “cálidas”, por lo común entre 20 y 60°C. El enfriamiento es una manera

eficaz y práctica de reducir la velocidad de desarrollo de los microorganismos y, de este

modo, la extensión de la vida en anaquel de los alimentos perecederos. Una

temperatura de refrigeración de 4°C o inferior se considera segura.

Un microorganismo particular que puede no desarrollarse a cierta temperatura baja

puede ser capaz de sobrevivir en ella durante mucho tiempo (figura 4.2). Por lo tanto, la

congelación no es una manera eficaz de matar los microorganismos.



lación puede detener el desarrollo de los microorganismos, pero no los mataría.

Control de los microorganismos en los alimentos.

La vida en almacenamiento de los alimentos frescos perecederos, como las carnes, el

pescado, las frutas se puede extender durante varios días almacenándolos a

temperaturas escasamente arriba de la de congelación, por lo común entre 1 y 4°C. La

vida en almacenamiento de los alimentos se puede extender durante varios meses

congelándolos, por lo común entre –18 y –35°C, (figura 4.3). La refrigeración retarda los

procesos químicos y biológicos en los alimentos y el deterioro y pérdida de calidad y de

nutrientes que los acompañan.

4.2 Temperaturas de refrigeración y de congelación recomendadas para la mayor parte de los alimentos

perecederos.

5. CÁLCULOS Y RESULTADOS:

Al ser un ejercicio cualitativo, es necesario que el estudiante preste atención a las

gráficas obtenidas durante la práctica.

En la tabla 6.1 se muestra una parte de los resultados obtenidos durante la práctica.



Tabla 6.1 Resultados.

Obtener los gráficos de temperatura vs tiempo y temperatura vs posición de las termo-cuplas.

En la figura 6.1 se tiene la gráfica de temperatura vs tiempo que proporciona el

software.

Figura 6.1 Temperatura vs Tiempo (software).

En la figura 6.2 se presenta la gráfica temperatura vs tiempo obtenido a partir de los

resultados conseguidos durante diez minutos.



Figura 6.2 Gráfica Temperatura vs Tiempo.

En la figura 6.3 se presenta la gráfica temperatura vs posición de las termocuplas, en

diferentes tiempos.

Figura 6.3 Gráfica Temperatura vs Tiempo.

7. ACTIVIDADES

7.1 El estudiante debe observar y verificar las siguientes características de las gráficas

obtenidas:

Cuando el elemento empieza a calentarse, gradualmente las temperaturas se elevanhasta que la línea de la gradiente de estado estable es alcanzada.

,0 00,50,10

15 0,,020

25 0,0,30

,03540,0

,45 0,50 0,55 00,60

65 0,70,0

00:00 02:53 05:46 08:38 11:31

Tiempo [min]

Temperatura vs Tiempo

Temperatura 1

Temperatura 2

Temperatura 3

Temperatura 4

Temperatura 5

Temperatura 6

Temperatura 7

Temperatura 8



Como se puede apreciar tanto en la figura 6.1 y 6.2, el elemento comienza a calentarse

con el transcurso del tiempo hasta que alcanza la línea de la gradiente de estado

estable.

Cuando el voltaje de entrada es reducido el flujo de calor no puede mantener la

temperatura original y por lo tanto la gradiente y las temperaturas a lo largo de la barra

deben reducirse hasta alcanzar la gradiente de temperatura adecuada.

Una vez transcurridos los primeros 5 minutos se redujo el voltaje de entrada, la

temperatura siguió aumentando durante un corto tiempo, posteriormente esta

comenzó a disminuir hasta alcanzar otra gradiente de temperatura.

El incremento en la termocupla T4 ocurre ligeramente después del incremento en T1debido a la gradiente de temperatura por la conducción a lo largo de la barra.

Esto se puede observar en la tabla 6.1, luego de transcurrir un pequeño tiempo que la

termocupla 1 ha incrementado su temperatura se produce el incremento en la

termocupla 4.

8. CONCLUSIONES:

Como se ha podido observar en el gráfico 6.1 y 6.3, la temperatura de las termocuplasaumentan hasta alcanzar la gradiente de temperatura de estado estable, si el voltaje de

alimentación es disminuido, evidentemente la temperatura disminuirá al no poder

mantener la temperatura original disminuyendo así la gradiente de temperatura hasta

alcanzar una que sea adecuada.

Se ha podido ver como la temperatura cambia con respecto al tiempo en una barra hasta

alcanzar la gradiente de temperatura estable.

Se ha podido comprobar que al pasar un determinado tiempo la gradiente de temperatura

tiende a ser casi la misma, esto se puede observar en la gráfica 6.3, donde en los minutos

cinco, siete minutos y medio, y diez la gradiente de temperatura tiene unas pequeñas

variaciones.

9. CUESTIONARIO

1. ¿Cómo es afectada la gradiente de temperatura en la conducción no estable?

Conforme pase el tiempo la gradiente de temperatura se hace cada vez más aplanado

como resultado de la transferencia de calor, hasta que en un determinado momento se

vuelve uniforme, es decir que ha alcanzado el equilibrio térmico.



2. La conducción en estado no estacionario es analizada solo de manera cualitativa. ¿Porqué?

Esto se da debido a que la conducción es estado estacionario se puede analizar bajo

condiciones que se suponen estacionarias, ya que estos son mucho más fáciles de

analizar y proporcionan respuestas a nuestras preguntas.

3. ¿De qué manera influye el agua de enfriamiento en la gráfica de la gradiente al disminuirel voltaje de entrada?

El agua de enfriamiento hace que la gráfica de gradiente vaya disminuyendo, haciéndose

cada vez más plana esto se puede ver de una forma más evidente en las temperaturas

T6, T7 y T8 de la figura 6.2.

10. BIBLIOGRAFÍA:

Yunus A. Cengel, Transferencia de Calor y Masa, 3ra Edición, 2007.

http://materias.fi.uba.ar/6731/TRANSITO.pdf

http://ing.unne.edu.ar/pub/fisica2/2013/20130610/T05A.pdf

3.




PRACTICA N° 4




ALUMNOS:




o Plaza Tepan Juan

o Solórzano García Josepho Torres Díaz Cristian

o Reinoso Daniel

1. TEMA: Conducción Radial en Estado Estable

2. OBJETIVOS:

Medir el flujo de calor para el caso de conducción radial en estado estable.

Calcular el valor del coeficiente de conductividad térmica del material y el valor del coeficiente globalde transferencia de calor.

3. METODOS:

Control del cambio de temperatura con la distancia entre la radio interior (caliente) y el radio exterior

(enfriado) del disco a diferentes flujos de calor a través de la pieza

Determinación de la conducción en paredes compuestas en estado estable mediante el uso de la

ecuación de Fourier.

4. EQUIPOS Y MATERIALES

Unidad de servicio de transferencia de calor HT10CX.

Equipo de transferencia de calor de conducción radial HT12.



5. MARCO TEORICO

5.1 Conducción en sistemas radiales.

Pared cilíndrica: Cilindros Considérese un cilindro largo de radio interior ri’, radio exterior re y longitud

L.Este cilindro se somete a una diferencia de temperaturas Ti Te y se plantea la pregunta de cuál será el

flujo de calor. En un cilindro cuya longitud sea muy grande comparada con su diámetro, se puede suponerque el calor fluye sólo en dirección radial, con lo que la única coordenada espacial necesaria para definir

el sistema es r. De nuevo, se utiliza la ley de Fourier empleando la relación apropiada para el área. El área

para el flujo de calor en un sistema cilíndrico es:

2

: 2 1 2 ∗ln / 2

ln 1/ 2

: 1 2 T1 T2ln 1/ 2

∗ 2

:ln 1/ 2

2πLk

Pared Esférica: La ecuación de la energía para conducción unidimensional en estado estacionario para

una pared esférica puede ser escrita como:



: 1 1 2 ∗1 1/

1 1/ 2

:1 2 1 1/

1 1/ 2 ∗ 4

:

1r1

1/r2

4πk

5.2 Coeficiente de conductividad térmica.

Es una propiedad de los materiales que, excepto en el caso de los gases a bajas temperaturas, no es posible

predecir analíticamente. La información disponible está basada en medidas experimentales. En general,

la conductividad térmica de un material varía con la temperatura, pero en muchas situaciones prácticas,

si el sistema tiene una temperatura media, se puede considerar con un valor medio constante, lo que

proporciona resultados bastante satisfactorios. Hay valores típicos de la conductividad térmica de algunos

metales, sólidos no metálicos, líquidos y gases, que nos dan una idea del orden de magnitud con que se

presenta en la práctica.

Las unidades de conductividad térmica en el Sistema Internacional son W/(m·K), aunque también se

expresa como kcal/(h·m·°C), siendo la equivalencia: 1 W/(m·K) = 0,86 kcal/(h·m·°C).

El coeficiente de conductividad térmica (k) caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que

atravesando durante la unidad de tiempo, 1 mt de material homogéneo obtenga una diferencia de 1 °C

de temperatura entre las dos caras.

Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy

baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.

La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para

oponerse al paso del calor.

Existe una ley general que relaciona bajas conductividades para bajas densidades, porque la ligereza del

material suele estar producida por huecos en su interior ocupados por aire, que es mucho más aislante

que el material compacto.

5.3 Resistencia térmica.

La resistencia térmica es la capacidad de un material de oponerse al flujo del calor. En el caso de

materiales homogéneos es la razón entre el grosor del material y la conductividad térmica del mismo; en

materiales no homogéneos la resistencia es el inverso de la conductancia térmica. La resistencia

térmica es la inversa a la conductividad térmica.

5.4 Espesor crítico de Aislamiento



Aislamiento térmico es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor por conducción.

La medida de la resistencia térmica o, lo que es lo mismo, de la capacidad de aislar térmicamente, se

expresa, en el Sistema Internacional de Unidades (SI) en W/m²·K (metro cuadrado y kelvin por vatio).

Se considera material aislante térmico cuando su coeficiente de conductividad térmica: λ es inferior a

λ<0.10 W/m²·K medido a 23°C.

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, al paso del calor a través de ellos.Algunos, muy escasa, como los metales, por lo que se dice de ellos que son buenos conductores; los

materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros) tienen una resistencia media. Aquellos materiales

que ofrecen una resistencia alta, se llaman aislantes térmicos específicos o, más sencillamente, aislantes

térmicos.

6. CALCULOS Y RESULTADOS

CONSTANTE MEDIDA UNIDAD

Distancia radial hasta la temocupla 1 R1= 0.007 M

Distancia radial hasta la termocupla 6 R6=0.005 M

Espesor del disco X=0.0032 M

Conductividad del Bronce 121 W/mºC

ermocouple

scription

RadialPosition

r

[mm]

TempReadings

[°C]

t1 t2 t3 t4 t5 t6

HeaterVoltage

V

[V]

HeaterCurrent

I

[A]

HeaterPower

Q

[W]

Ln |r|

ermocouple7,0 20,4 20,4 20,1 18,9 18,5 18,5 18,2 9,1 1,35

12,4 1,9459

ermocouple10,0 20,1 20,8 20,4 19,0 18,6 18,5 18,2 9,2 1,35 2,3026

ermocouple20,0 18,9 21,3 20,7 19,2 18,6 18,5 18,2 9,2 1,35 2,9957

ermocouple30,0 18,5 21,8 21,1 19,4 18,8 18,6 18,2 9,1 1,35 3,4012

ermocouple40,0 18,5 22,2 21,5 19,6 18,9 18,7 18,2 9,1 1,35 3,6889

ermocouple50,0 18,2 22,7 21,9 19,8 19,0 18,7 18,2 9,2 1,35 3,9120

23,1 22,2 20,1 19,2 18,8 18,2 9,2 1,35

27,3 25,7 22,1 20,4 19,6 18,5 12,2 1,79

27,8 26,1 22,3 20,6 19,6 18,5 12,2 1,79

28,4 26,6 22,6 20,7 19,7 18,6 12,2 1,79



CALCULOS DE Q

∗

.

.

.

CALCULOS CONDUCTIVIDAD TERMICA DE MATERIAL DEL DISCO

/

∗

.∗°

.∗°

.∗°

CALCULO RESISTENCIA AL FLUJO DE CALOR

/

∗ ∗

.°

.°

.°

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

.∗°

.∗°

29,0 27,0 22,9 20,8 19,8 18,6 12,2 1,79

29,5 27,5 23,1 21,0 19,9 18,6 12,2 1,79

30,1 27,9 23,4 21,2 20,0 18,7 12,2 1,79

36,4 33,0 26,2 22,8 20,9 19,0 23,9 3,48

38,8 34,7 26,9 23,2 21,1 19,1 24,0 3,50

41,6 37,0 27,9 23,7 21,3 19,1 24,0 3,49

44,7 39,4 29,2 24,4 21,7 19,3 24,0 3,49

47,8 42,0 30,6 25,1 22,1 19,4 24,0 3,49

50,8 44,4 32,0 26,0 22,6 19,5 24,0 3,49

53,7 46,9 33,4 26,9 23,1 19,7 24,0 3,49



.∗°

Grafica Voltajes-Temperaturas.

Grafica Posicion Termocuplas-Temperatura.

7. CONCLUSIONES

En el desarrollo de la práctica pudimos como varia la temperatura al alejarnos del centro, también pudimos

comprobar de manera gráfica que estas se relacionan mediante las formulas vistas en clase. De modo que si

se presentan variaciones en los puntos calculados y los reales se deben a cuestiones ajenas a las formulas, tales

como: temperatura del ambiente, calidad de los materiales, etc.



8. BIBLIOGRAFIA

Cengel, Y., 2007.Transferencia de calor y masa.México DF: McGraw-Hill.EDIBON, 2013.TXC/CR manual

de prácticas.s.l.:s.n

http://www.monografias.com/trabajos106/transferencia-calor-conduccion-estacionaria-

unidimensional/transferencia-calor-conduccion-estacionaria-unidimensional2.shtml

1. ¿Cómo afectan las diferentes variables presentes en la ecuación de Fourier en los valores obtenidos?

Las variables presentes van a afectar en los resultados de la siguiente manera, como por ejemplo el área elresultado afectara dependiendo de la forma del dispositivo de conducción y de su sección, el coeficiente de

conductividad dependerá del material que se esté empleando son dos de las variables presentes en la ecuación

de Fourier que causan un efecto en los resultados o valores obtenidos.

2. Explique cómo se genera la distribución de temperatura en sistemas de conducción radial.

Existen varias cantidades, pero entre ellas hay dos que son de mucha importancia de interés practico en el

estudio de problemas de conducción de calor. Dichas cantidades son la razón de flujo de calor y la distribución

de la temperatura. Las razones de flujo de calor tratan de la demanda de energía en un sistema dado, cuando

se requiere una distribución de temperaturas conveniente para diseñar de manera adecuada el sistema, desde

el punto de vista de los materiales. En un suceso cualquiera, una vez que es conocida la distribución de latemperatura es posible determinar las razones de flujo de calor con ayuda de la denominada Ley de Fourier.

La distribución de la temperatura es lineal, y el flujo de calor es constante de un extremo a otro de una placa,

para el caso de la ecuación radial produce.

Y por lo tanto la distribución de la temperatura esta en forma logarítmica.

T = M ln r + N

3. ¿Por qué es importante calcular el logaritmo natural de la distancia radial?

Este cálculo es importante debido a que aquí es donde se pueden observar las líneas a través de los puntos

medidos para la sección de calentamiento y de enfriamiento. El eje logarítmico contiene los valores del radio

o la posición de las termocuplas y el eje lineal contiene los valores de temperatura.




PRACTICA N° 5




ALUMNOS:




o Plaza Tepan Juan

o Solórzano García Joseph


o Reinoso Daniel

I. TEMA: CONVECCION FORZADA POR FLUJO INTERNO

1. OBJETIVOS.

Medir el flujo de calor para el caso de la convección forzada en estado estable por

medio de flujo interno.

2. MARCO TEORICOConvección Forzada.

La convección se clasifica en natural y forzada. En la convección forzada se obliga al

fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba. En la

convección natural el movimiento del fluido es debido a causas naturales, como el

efecto de flotación, el cual se manifiesta con la subida del fluido caliente y el

descenso del fluido frio.

La convección forzada se clasifica a su vez en externa e interna dependiendo de si

el flujo de luido es interno o externo. El flujo de un fluido se clasifica como interno oexterno dependiendo de si se fuerza al fluido a fluir por un canal confinado

(superficie interior) o por una superficie abierta. El flujo de un fluido no limita por

una superficie (placa, alambre, exterior de un tubo) es flujo externo. El flujo por un

tubo o ducto es flujo interno si ese fluido está limitado por completo por superficies

sólidas. El flujo de líquidos en un tubo se conoce como flujo en canal abierto si ese

tubo está parcialmente lleno con el líquido y si se tiene una superficie libre.



Números adimensionales: Nusselt, Reynolds y Prandtl.

Numero de Nusselt

El número de Nusselt representa el mejoramiento de la transferencia de calor a travésde una capa de fluido como resultado de la convección en relación con la conduccióna través de la misma capa. Entre mayor sea el número de Nusselt, más eficaz es laconvección. Un número de Nusselt de Nu =1 para una capa de fluido representatransferencia de calor a través de ésta por conducción pura.Con el fin de reducir el número de variables totales, también es práctica común quitarlas dimensiones del coeficiente de transferencia de calor h con el número de Nusselt,que se define como:

Donde k es la conductividad térmica del fluido y Lc es la longitud característica.Para comprender el significado físico del número de Nusselt, considere una capa defluido de espesor L y diferencia de temperatura∆T = T2 − T1, como se muestra en lafigura. La transferencia de calor a través de la capa de fluido será por conveccióncuando esta última tenga algún movimiento y por conducción cuando esté inmóvil.

Se recurre a la convección forzada siempre que se quiera incrementar la velocidadde la transferencia de calor desde un objeto caliente. Por ejemplo, se enciende elventilador en los días cálidos de verano para ayudar a que nuestro cuerpo se enfríede manera más eficaz. Entre mayor sea la velocidad del ventilador, mejor se siente.

Numero de Prandtl

Es un número adimensional proporcional al cociente entre la difusividad de momento

(viscosidad) y la difusividad térmica.

La mejor manera de describir el espesor relativo de las capas límite de velocidad ytérmica es por medio del parámetro número de Prandtl adimensional, definido

como:

Los números de Prandtl de los fluidos van desde menos de 0.01 para los metaleslíquidos, hasta más de 100 000 para los aceites pesados.

El calor se difunde con mucha rapidez en los metales líquidos (Pr ≪ 1) y con muchalentitud en los aceites (Pr ≫1) en relación con la cantidad de movimiento. Comoconsecuencia, la capa límite térmica es mucho más gruesa para los metales líquidosy mucho más delgada para los aceites, en relación con la capa límite de la velocidad.



El número de Prandtl tan bajo se debe a la alta conductividad térmica de estos fluidos,dado que el calor específico y la viscosidad de los metales líquidos son muycomparables a otros fluidos comunes. Se han estudiado con considerable interés losmetales líquidos como refrigerantes en aplicaciones donde grandes cantidades decalor deben eliminarse de un espacio relativamente pequeño, como en un reactornuclear, por ejemplo. Los metales líquidos, además de tener altos valores de

conductividad térmica, tienen una alta capacidad térmica, una baja presión de vapory un punto de fusión bajo.

Numero de Reynolds

Coeficiente que relaciona la velocidad de un fluido (v), el diámetro de la tubería (D)por la que pasa el fluido y su densidad y viscosidad (V ), con el fin de determinar siel flujo respectivo es laminar o turbulento.

El Número de Reynolds representa la relación de la fuerza de inercia de un elementode fluido respecto a la fuerza viscosa.

Los flujos tienen Re grandes debido a una velocidad elevada y/o una viscosidad baja.En este caso, el flujo tenderá a ser turbulento. En el caso en que los fluidos tenganviscosidad alta y/o que se muevan a una velocidad baja, tendrán Re bajos y tenderána comportarse como flujo laminar.

Aplicaciones de la convección.

En los tipos comunes, tales como intercambiadores de coraza y tubos y los

radiadores de automóvil, la transferencia de calor se realiza fundamentalmente por

conducción y convección desde un fluido caliente a otro frio que está separado por

una pared metálica.

Calderas.

Condensadores.

Intercambiadores de calor de coraza y tubo.

Torres de enfriamiento

Regeneradores.

3. ACTIVIDADES DEL ALUMNO.

3.1 Realizar el cálculo de cada uno de los números adimensionales de cada tubo conformante

del dispositivo.

=4

=4

(0.0083 ) = 0.0000541

= ∗ → = =0.000055

0.0000541 = 1.0166



= ∗ → = =0.0000955

0.0000541 = 1.7652

Tubo T Entrada °C Densidad[kg/m3]

µ [kg/m*s]

Pr

1 37.1 993.202 0.0006919 4.616

2 35 994 0.00072 4.83

3 33 994.8 0.0007512 5.066

4 30.9 995.64 0.000784 5.314

Tubo T Salida °C Densidad[kg/m3]

µ [kg/m*s]

Pr

1 26.3 996.74 0.0008668 5.953

2 24.8 997.04 0.0008954 6.175

3 23.6 997.28 0.0009221 6.384

4 22.5 997.5 0.0009465 6.575

=∗ ∗

Tubo # Re entrada # Re salida

1 12105.04 16847.48

2 11641.95 16314.26

3 11167.4 15845.69

4 10709.23 15440.6

Nu = 0.023 ∗ Re ∗ 0.8 ∗ Pr ∗ b

Tubo # Nu calentamiento # Nu enfriamiento

1 411.25 553.62

2 413.85 556.08

3 416.38 558.39

4 418.84 560.40



3.2 Realizar el cálculo del flujo de calor mediante las dos fórmulas establecidas en la tabla

anterior y explicar la razón de la diferencia de las respuestas, en caso de haberlas.

= 55 ∗ 10

= 4.178

Tubería 1

= 31.7℃

= 26.3℃

= 55 ∗ 10 ∗ 4.178 ∗ 37.1 − 26.3 ℃ = 2.481

Tubería 2

= 35℃

= 24.8℃

= 55 ∗ 10 ∗ 4.178 ∗ 35 − 24.8 ℃ = 2.343

Tubería 3

= 33℃

= 23.6℃

= 55 ∗ 10 ∗ 4.178 ∗ 33 − 23.6 ℃ = 2.16

Tubería 4

= 30.9℃

= 22.5℃

= 55 ∗ 10 ∗ 4.178 ∗ 30.9 − 22.5 ℃ = 2.16



3.3 Realizar un gráfico temperatura de agua fría y caliente vs distancia de la entrada de agua

caliente donde se puedan observar las líneas a través de los puntos.

NOTA: El material del tubo interno es acero inoxidable mientras que la superficie externa

es acrílico transparente.



4. CONCLUSIONES.

Al momento de la obtención de la gráfica podemos notar el incremento de la

temperatura del agua fría y el descenso de la caliente, esto de acuerdo a las leyes de la

termodinámica donde el calor va desde el cuerpo más caliento hacia el frio.

5. CUESTIONARIO.

Realizar un cuadro comparativo de la convección forzada vs la convección natural.

¿Cuál sería el efecto de aumentar el caudal de agua fría en el sistema?

Al aumentar el caudal de agua fria en el sistema, la transferncia de calor o enfriamiento

dentro del sistema, aumentaria en su tiempo de operacion, de esta manera el

enfriamiento seria mayor, pero la exactitud en la toma de medidas, no seria lo mas

exacta posible

6. REFERENCIAS.

[1] Materiales aislantes [en línea]. [Consultado 30 mayo 2016]. Disponible en:

http://www.sol-arq.com/index.php/caracteristicas-materiales/materiales-aislantes

[2] Normas de ensayo exigibles a los materiales usados como aislantes térmicos [en

línea]. [Consultado 30 mayo 2016]. Disponible en:

http://www.miliarium.com/Prontuario/ArquitecturaSostenible/AhorroEnergiaConstruc

cion/Normas_Ensayo.asp

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