Conveccion forzada LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

UNIVERSIDAD DE ORIENTE

NÚCLEO DE ANZOÁTEGUI

ESCUELA DE INGENIERÍA Y CIENCIAS APLICADAS

DEPARTAMENTO DE MECÁNICA

[pic 1]

 LABORATORIO DE INGENIERÍA MECÁNICA III

CONVECCIÓN FORZADA

Realizado por:                                                                              Revisado por:

Br. Ayala, Manuel                                                           Prof.: Johnny Martinez

C.I.: 24.947.292

Br. Fuentes, José

C.I.: 24.225.195

Secc.: 01

Puerto La Cruz, Abril de 2017

RESUMEN

En la práctica realizada en el banco de pruebas se analizaron los procesos de conducción y  convección forzada, en dicho equipo se hizo pasar aire mediante un ventilador  a través de una tubería en la que se encuentra una resistencia, que genera calor, la tubería posee unos aislante térmico a lo largo, manómetros y sensores de temperatura que registraban las medidas (termocuplas) en distintas secciones transversales y longitudinales. para determinar la  transferencia de calor fue necesario conocer el número de nusselt, prandtl, las temperaturas a lo largo de la tubería y los coeficientes de películas en los diferentes tramos mediante la determinación de los parámetros anteriores se procedió a analizar y concluir acerca del comportamiento que tiene el fluido (aire) en el proceso de convección. Todas las medidas obtenidas fueron realizadas con  la válvula de succión del ventilador totalmente abierta y semi-abierta, en diferentes voltajes y amperajes para ver como variaba. Se logró determinar las distintas variaciones de temperatura como también los distintos rangos de convección a través de los datos arrojados por los sensores.

CONTENIDO

Contenido

RESUMEN        ii

1.        INTRODUCCIÓN        4

2.        OBJETIVOS        15

2.1  Objetivo general        15

2.2 Objetivo específicos.        15

3.        MATERIALES Y EQUIPOS UTILIZADOS        16

3.1 Equipos        16

4.        PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL        18

5.        RESULTADOS        19

6.        ANÁLISIS DE RESULTADOS        27

7.        CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES        32

7.1. Conclusiones.        32

7.2. Recomendaciones.        32

8.        BIBLIOGRAFÍA        33

9.        APÉNDICE        34

Apéndice A. Muestra de cálculos        34

Apéndice B. Asignación.        42

1. INTRODUCCIÓN

1.1. Transferencia de calor

La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica. Existen varios mecanismos de transferencia de calor que son por conducción, convección y radiación. [4]

1.2. Conducción

La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los sólidos, líquidos o gases. En los gases y líquidos la conducción se debe a las colisiones y a la difusión de las moléculas durante su movimiento aleatorio. En los sólidos se debe a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una retícula y al transporte de energía por parte de los electrones libres. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo y por unidad de superficie, es decir, el flujo de calor Q, es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx, siendo x la dirección del flujo y el área normal a éste. El coeficiente de proporcionalidad del flujo de calor es una propiedad física del medio, denominada conductividad térmica (K), de manera que:

[pic 2]            [W/m2]              Ec.1

Esta ecuación expresa la Ley de conducción de Fourier en una pared, donde el signo negativo indica que para existir un flujo de calor de dirección positiva se precisa un gradiente de temperatura negativo en dicha dirección, es decir, que la temperatura disminuye en dicha dirección. [4]

1. Convección

La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacente que está en movimiento y comprende los efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección. La Convección forzada Es cuando el fluido es obligado a moverse por medios mecánicos. Ejemplos: ventilador, bomba, agitador, etc. En ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, la transferencia de calor entre una superficie sólida y el fluido adyacente es por conducción pura. La presencia de movimiento masivo del fluido acrecienta la transferencia de calor entre la superficie sólida y el fluido, pero también complica la determinación de las razones de esa transferencia.

A pesar de la complejidad de la convección, se observa que la razón de la transferencia de calor por este mecanismo es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa de manera conveniente por la ley de Newton de enfriamiento como:

   [W/m2]         Ec.2[pic 3]

Dónde:

 h: coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m2  ˚C.

As: área superficial de transferencia de calor, m2.

Ts: temperatura de la superficie, ˚C.

Ttemperatura del fluido suficientemente lejos de la superficie, ˚C. [2][pic 4]

1. Coeficiente Convectivo

El coeficiente convectivo de transferencia de calor, h, que aparece en la ecuación anterior representa las condiciones del área en la cual se está. A diferencia de la conductividad térmica de un material, el coeficiente convectivo de transferencia de calor no es una propiedad. Su magnitud cambiará de un problema a otro, aun cuando pueden estar involucrados el mismo sólido y el mismo fluido en ambos problemas. El valor de coeficiente de transferencia de calor depende de factores como lo son la velocidad, densidad, viscosidad, conductividad térmica, calor específico del fluido, geometría de la superficie, presencia de fuerzas de flotamientos, entre otros. [1]

1. Número de Nusselt

El Número de Nusselt (Nu) es un número adimensional que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido va (transferencia de calor por convección) comparada con la transferencia de calor si ésta ocurriera solamente por conducción[2].

               Ec.3[pic 5]

Donde:

Lc: longitud característica. Para formas complejas se define como el volumen del cuerpo dividido entre su área superficial.

K: conductividad térmica del fluido.

h: coeficiente de transferencia de calor.

Para flujos turbulentos en tubos el número de nusselt está relacionado con el factor de fricción, con el Reynolds y el número de prandtl

           Ec.4[pic 6]

1. Numero de Reynolds

La naturaleza del flujo, es decir, si es laminar o turbulento, y su posición relativa a una escala que muestra la importancia relativa de las tendencias turbulenta a laminares está indicada por el número de Reynolds.[4]

     Ec.5[pic 7]

Donde:

R: Numero de Reynolds

U: Velocidad característica (pies/s ó m/s)

Lc: Longitud característica (pies ó m)

...