PRÁCTICA N.ª 2: SUPERFICIES EXTENDIDAS EN ESTADO ESTABLE

Integrantes: Caizaluisa Nicolay Ariel; Gallegos Sofia Isabel; Quillupangui Jefferson Estalin

Fecha de realización de práctica: miércoles, 23 de junio de 2021

Fecha de entrega de práctica: miércoles, 30 de junio de 2021

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA[pic 1][pic 2]

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR APLICADA

PRÁCTICA N.ª 2: SUPERFICIES EXTENDIDAS EN ESTADO ESTABLE

1. OBJETIVOS:

General: Evaluar las características termo-físicas de diferentes superficies extendidas.

Específicos

1. Obtener las curvas de distribución de temperatura experimentales para diferentes tipos de aletas.
2. Evaluar el coeficiente de convección global para el sistema.
3. Analizar y comparar los datos experimentales con los resultados obtenidos por el método de elementos finitos y los cálculos teóricos.
4. Determinar la eficiencia de cada una de las superficies extendidas.

1. RESUMEN:

En la presente práctica se desarrolla conceptos básicos relacionadas al uso de superficies extendidas. Se analiza el comportamiento de una aleta de área transversal constante y una de área transversal variable tipo cuña utilizando como caso de estudio el Caso A. Se mide la temperatura a lo largo de la cuña en 4 posiciones específicas y se compara los resultados obtenidos de manera experimental, teórica y por medio de simulación. Finalmente, se obtiene las gráficas de distribución de temperatura a lo largo de cada una de las aletas de estudio y se identifica la importancia de las superficies extendidas dentro de la transferencia de calor.

1. MARCO TEÓRICO:

Transferencia de Calor en Superficies Extendidas

Una superficie extendida o aletas son sólidos que transfieren calor por conducción a lo largo de su geometría y por convección a través de su entorno, es un sistema que combina la conducción y la convección.

El propósito de las superficies extendidas es aumentar el área de transferencia de calor con un incremento proporcionablemente muy pequeño del volumen ocupado por el elemento de transferencia. Por su relativa sencillez hay dos tipos comunes de aletas que son las transversales y las longitudinales. [1]

Para incrementar la transferencia de calor se puede dar por dos medios, el primero es aumentar el valor del coeficiente global de convección mediante el incremento de la velocidad del fluido y otro método es reducir la temperatura de este.

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Figura 1. Modelo de transferencia de calor en aletas.

Aplicaciones de las superficies extendidas

En varias aplicaciones de la ingeniería se estudia las transiciones de energía que requiere el movimiento rápido de las moléculas que transportan calor, esto produce una creciente demanda de componentes de transferencia de calor de alto rendimiento que incluya en su diseño variables como: peso volumen y costos cada vez más pequeños. [1]

La transferencia de calor en superficies extendidas hace el estudio de este componente de alto rendimiento de acuerdo con una variedad de ambientes donde se desarrollan varios tipos de sistemas térmicos.

Las superficies extendidas tienen aplicaciones tan diversas como:

• Cilindros en motores de motocicletas y podadoras

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Figura 22. Aletas en cilindros para motores de motocicletas y podadoras. [1]

• Turbinas de gas[pic 5]

Figura 3. Aletas en turbinas. [1]

• Intercambiadores de calor[pic 6]

Figura 4 4. Intercambiador de calor [1]

• Módulos de combustible nuclear.[pic 7]

Figura 55. Aletas en módulos de combustible nuclear. [1]

• En hornos para tratamientos térmico[pic 8]

Figura 66. Aletas en hornos para tratamientos térmico. [1]

Tipos de superficies extendidas

Las superficies extendidas varían según su peso, geometría, y ecuaciones resultantes, los arreglos superficiales más comunes son:

• Longitudinales

Son las que tienen tiras anexadas a lo largo de una superficie, estas tiras se sujetan por inserción al tubo o soldadas continuamente por su base. Este tipo de aletas se usa ampliamente en intercambiadores de doble tubo o en intercambiadores de tubo y coraza sin deflectores cuando el flujo procede a lo largo del eje del tubo, también se utiliza en problemas que involucran gases y líquidos viscosos que estén en el régimen laminar. Perfiles rectangulares, triangular, parabólico convexa, parabólica cóncava.

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Figura 77. Aletas longitudinales [1]

• Radiales o transversales

El espesor de las aletas puede ser uniforme o variable según su aplicación, está compuesta por discos anulares concéntricos alrededor de un tubo son usadas ampliamente para el calentamiento o enfriamiento de gases en flujo cruzado. La unión de las aletas helicoidales se lo hace insertando la cinta metálica en la parte exterior del tubo el cual tienen unas pequeñas guías por donde pasa la cinta.

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• Espinas

Figura 88. Aletas radiales [1]

Emplean conos, pirámides o cilindros que se extienden desde las superficies del elemento del cual se quiera evacuar el calor, se pueden

usar flujo longitudinal o flujo cruzado. Cada tipo de configuración tiene sus propias características y efectividad.

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Figura 99. Tipos de espinas [1]

1. ANÁLISIS DE DATOS

1. Cuadro de Datos y Cálculos:

Durante la realización de esta práctica se obtuvo los siguientes datos:

SUPERFICIE EXTENDIDA N°1:[pic 12]

Figura10 10. Superficie extendida 1

Estado de las superficies extendidas: ESTABLE

Tabla 1. Distancia entre termocuplas aleta circular.

Tabla 2. Datos Aleta circular.[pic 13]

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