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Laboratorio de Ingeniería Química II Convección forzada en una barra cilíndrica


Enviado por   •  29 de Agosto de 2017  •  Informes  •  878 Palabras (4 Páginas)  •  235 Visitas

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Universidad Nacional Autónoma de México

Facultad de Química

Laboratorio de Ingeniería Química II

Convección forzada en una barra cilíndrica

Fernández Alonso Luis Daniel

Grupo 4 Lunes 15h-18h 


Problema a resolver

  1. Una barra de cobre de dimensiones conocidas, inicialmente se encuentra a una temperatura máxima y súbitamente se sumerge en una corriente de aire que lleva cierta velocidad en un túnel de viento, donde el flujo de aire se controla a través de una válvula de compuerta. Indique: ¿en cuánto tiempo la barra tendrá una temperatura de 30 °C y cuánto calor habrá transferido al aire?, determine también el coeficiente de transferencia de calor promedio (hm) para una apertura del 100%, 70% y 50% en la válvula de compuerta. Adicionalmente, ¿cómo varia el coeficiente de transferencia de calor promedio en función de las velocidades promedio del aire?

Para que la barra tenga una temperatura de 30 °C se necesita un ΔT=6°C ya que la temperatura ambiente fue  24°C de para 50%, 70% y 100% corresponden tiempos aproximados de 196, 165, 127 segundos respectivamente.

Los coeficientes de transferencia de calor promedio para una abertura de 100%, 70% y 50% son de 176.161, 147.713 y 123.640 W/m2 °C respectivamente.

Lo que podemos observar es que al aumentar la abertura aumenta el flujo de aire y asimismo la velocidad en consecuencia al aumentar la velocidad del aire el coeficiente de transferencia de calor también aumenta.

  1. Tomando en cuenta los mecanismos de transferencia de calor involucrados en esta experimentación explicar claramente cuál es la razón por la cual se enfría la barra. Observe claramente el valor numérico de los números de Biot obtenidos.

[pic 1]

Abertura

Reynolds

Biot

50%

4703

3.976x10-3

70%

6922

4.75x10-3

100%

9107

5.66x10-3

[pic 2]

El numero adimensional de Biot muestra que tan fácil es para el material transmitir calor conforme a que mecanismo le es más simple disipar calor, para este caso predomina el mecanismo de conducción (Bi<<1) lo cual tiene sentido al ser una barra metálica pero de la gráfica Bi vs Re podemos observar el efecto del numero adimensional de Reynolds ya que al aumentar la velocidad del aire, aumenta este número y asimismo el Biot, mientras mayor sea la velocidad del aire circundante a la barra le será más fácil transferir el calor por convección, es por esta razón que una convección forzada disipa con mayor facilidad el calor.

Para el cobre seguirá siendo más sencillo ceder calor por conducción pero si la corriente de aire a la que es expuesta tiene altas velocidades la barra transferirá una mayor cantidad de calor por convección con respecto a velocidades bajas de aire.

Datos

Masa de la barra de cobre

0.1065 Kg

Diámetro de la barra

0.01238 m

Longitud de la barra

0.0951 m

Capacidad Calorífica

380 J/Kg °C

Conductividad térmica del cobre

385 W/m °C

Densidad del aire

0.9931 Kg/m3

Viscosidad del aire

1.8x10-5 N*s/m2

Abertura 50%

tiempo (s)

mV

Tc- Ta

Ln(Tc-Ta)

0

1.981

48.3170732

3.87778498

5

1.877

45.7804878

3.82385797

10

1.809

44.1219512

3.78695742

15

1.733

42.2682927

3.74403722

25

1.651

40.2682927

3.69556438

30

1.553

37.8780488

3.63437176

35

1.468

35.8048781

3.57808414

40

1.383

33.7317073

3.51843827

45

1.303

31.7804878

3.45885251

50

1.233

30.0731707

3.40363344

55

1.161

28.3170732

3.34346492

60

1.112

27.1219512

3.30034341

65

1.054

25.7073171

3.24677566

70

0.994

24.2439024

3.18816514

75

0.94

22.9268293

3.13230781

80

0.908

22.1463415

3.09767231

85

0.856

20.8780488

3.03869831

90

0.815

19.8780488

2.98961605

95

0.769

18.7560976

2.9315189

100

0.723

17.6341463

2.86983716

105

0.674

16.4390244

2.79965804

110

0.659

16.0731707

2.77715147

115

0.629

15.3414634

2.73055919

120

0.579

14.1219512

2.64773041

125

0.544

13.2682927

2.58537718

130

0.519

12.6585366

2.53833182

135

0.491

11.9756098

2.48287206

140

0.479

11.6829268

2.45812853

145

0.461

11.2439024

2.41982598

150

0.425

10.3658537

2.3385171

155

0.406

9.90243902

2.29278109

160

0.384

9.36585366

2.23707049

165

0.355

8.65853659

2.15854572

170

0.335

8.17073171

2.10055847

175

0.31

7.56097561

2.02300023

180

0.308

7.51219512

2.01652772

185

0.285

6.95121951

1.93891711

190

0.273

6.65853659

1.89589973

195

0.252

6.14634146

1.81585702

200

0.238

5.80487805

1.75869861

205

0.227

5.53658537

1.71137795

210

0.21

5.12195122

1.63353546

215

0.207

5.04878049

1.61914673

220

0.194

4.73170732

1.55428609

225

0.175

4.26829268

1.45121391

230

0.179

4.36585366

1.47381374

235

0.161

3.92682927

1.3678323

240

0.142

3.46341463

1.24225499

245

0.102

2.48780488

0.91140075

250

0.128

3.12195122

1.1384582

255

0.117

2.85365854

1.04860187

260

0.099

2.41463415

0.88154778

265

0.09

2.19512195

0.7862376

270

0.102

2.48780488

0.91140075

275

0.089

2.17073171

0.7750643

...

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