Ensayo De Leyes

Introducción

Obtención de Datos y Cálculos de la práctica

Ejercicio 1: Convección Natural sobre una Placa Plana Vertical

El objetivo de este ejercicio es obtener el coeficiente de convección [ h ] de una placa plana por lo que primero tendremos que poner el Wattmetro a 20 W tanto en este ejercicio, como en convección forzada, una vez fijado se miden la temperatura superficial de la placa y la temperatura ambiente

A continuación se muestran los datos obtenidos de acuerdo a las mediciones y los cálculos.

La Potencia suministrada fue de 20 W y se fijó mediante un potenciómetro. La temperatura superficial de la placa es de 75.4°Cy la medimos con un termopar además de que se tomó la temperatura del laboratorio (21°C) como la temperatura de corriente libre. Con respecto a la presión atmosférica, se midió mediante el barómetro ubicado en el laboratorio.

La Temperatura de Película [Tf] se obtuvo calculando el promedio de la Temperatura de la placa y la Temperatura de Corriente Libre.

Tf=Tf=1/2(Ts+T∞)

Temperatura de Película

Potencia Suministrada 20 [W]

Temperatura superficial [Ts] 75.4 [°C]

Temperatura de corriente libre [T∞] 21 [°C]

Área de la Placa .0116 [m2]

Presión Atmosférica Local 95 [KPa]

Tpelícula 48.2 [°C]

Tabla 1. Datos recopilados en el Laboratorio

A continuación se presentan las dimensiones de la placa las cuales fueron obtenidas con un vernier:

Ancho .11 [m]

Largo .106 [m]

Tabla 2. Dimensiones de la placa

Utilizando el software EES se obtienen las siguientes propiedades del aire con respecto a la Presión Atmosférica y la Temperatura de Película

Viscosidad Cinemática [v]

Conductividad Térmica [K]

Densidad [ρ]

Número de Prandtl [Pr]

Coeficiente de expansión volumétrico o dilatación [β]

Viscosidad Dinámica [µ]

Para la obtención de la viscosidad Cinemática se obtiene mediante la primera ecuación de la Práctica de Propiedades Físicas de los Fluidos

v=µ/ρ

v[m2/s] K[W/m-k] ρ [kg/m3] Pr[-] β [1/K] µ[kgm/s]

1.63 x 10-5 .02521 1.125 .729 .0034 .1.83375 x 10-5

Tabla 3. Datos de las Propiedades físicas del Aire

Ahora se procede a calcular el número de Grashoff, que es un parámetro adimensional que representa los efectos de la convección natural y representa la razón entre la fuerza de empuje y la fuerza viscosa que actúa sobre un fluido y determina el régimen de flujo en la convección natural [laminar o turbulento], para el caso de las placas planas como en nuestro caso el número crítico 109 El número de Grashoff se determina mediante la gravedad, el coeficiente β la diferencia de la temperatura superficial y la temperatura de corriente libre, la longitud característica, en este caso sería el lado más largo (0.11m), y la viscosidad Cinemática

A continuación se muestra la ecuación del número de Grashoff

Como el resultado es menor de 109 el régimen de flujo es Laminar

Una vez obtenido el número de Grashoff y determinar el régimen de flujo se procede a calcular el número de Rayleigh que es solamente la multiplicación de Grashoff y Prandtl

Se prosiguió a calcular el Número de Nusselt mediante la siguiente ecuación:

Una vez obtenidos los datos necesarios para obtener el coeficiente de convección de la placa, se calculo de la siguiente manera:

Tomando en cuenta el coeficiente de convección de la placa plana, sus dimensiones y los cambios de temperatura, se puede obtener el flujo de calor removido por el aire. Se debe recordar que la convección es natural

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