SUPERFICIES EXTENDIDAS EN ESTADO ESTABLE
Enviado por Cris2114 • 3 de Enero de 2023 • Informes • 2.162 Palabras (9 Páginas) • 39 Visitas
LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR[pic 1][pic 2]
[pic 3]
ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
PRÁCTICA N°2
TÍTULO: SUPERFICIES EXTENDIDAS EN ESTADO ESTABLE
GRUPO: GR3S1
INTEGRANTES:
- Dennis Jalal Berrones Landeta
- Lizbeth Carolina Cholango Guanoluisa
FECHA DE ENTREGA: 20/Diciembre/2022
PROFESOR: Ing. Francisco Martínez, MSc.
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- OBJETIVOS:
Dennis Jalal Berrones Landeta
- Comprender el uso de las ecuaciones de superficies extendidas y definir un método de cálculo para las diferentes geometrías existentes.
- Evaluar el tipo de diseño optimo a través del coeficiente global de transferencia de calor para así poder tener la relación de temperaturas de las diferentes aletas empleadas.
Lizbeth Carolina Cholango Guanoluisa
- Determinar el flujo de calor en puntos exactos de las distintas aletas además de la eficiencia de cada una de las superficies extendidas.
- Realizar un análisis comparativo de los datos experimentales con los datos obtenidos mediante el software Ansys.
- RESUMEN:
En la presente practica se realizó la selección de 3 aletas de distinta geometría, se hizo el siguiente procedimiento, asegurarnos que todas las máquinas se encuentren conectadas a una fuente de energía, como es el caso de la placa del generador de calor en el cual se ubicó la aleta, para que exista una mejor transferencia de calor se colocó una fina capa de pasta térmica en la base de la aleta. Con tornillos se aseguró la base de la aleta, las aletas cuentan con 4 orificios donde ingresan las termocuplas.
Para recolectar la información utilizamos el software LabView, esperamos que las temperaturas se estabilicen para poder registrar los datos. Una vez obtenido las 4 temperaturas se apagan los comandos y desconectar el equipo.
- MARCO TEÓRICO:
Las aletas se definen como diseños sólidos donde se transfiere el calor, pues a este sistema se lo analiza vincula a una conducción unidimensional. Asimismo, el calor en estos sistemas es transferido por convección y/o radiación desde la superficie en una dirección transversal a la de conducción.
Las superficies extendidas o aletas son utilizadas para disipar el calor, es decir aumentar la rapidez de transferencia de calor ente un sólido y un fluido adyacente, estos experimentan transferencia de calor por conducción dentro de sus límites y por convección entre sus límites y los alrededores. En este caso se definen varios tipos de superficies extendidas según su configuración o diseño, pues cada aplicación de la ingeniería ya que cada uno de las imágenes planteadas a continuación son relevantes para cierto campo de la ingeniería.
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Fig. 1. Configuraciones en superficies extendidas (aletas): a) Aleta recta de sección transversal uniforme, b) aleta recta de sección transversal no uniforme, c) Aleta en forma de anillo (anular) y, d) Aleta de pasador, o aleta cónica, o aleta tipo aguja.
Debemos tomar en cuenta que nuestro flujo de calor se da en una sección uniforme, podremos dictar la transferencia de calor para los diferentes casos en las tablas 3.4 (F. Incropera – eta Edición) [1]:
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Fig. 2. Tabla para la distribución de transferencia de calor en superficies extendidas con el área transversal uniforme.
Donde:
: coeficiente global de transferencia de calor por convección.[pic 7]
: perímetro de la sección transversal de la superficie extendida.[pic 8]
: área de la sección transversal de la superficie extendida.[pic 9]
: temperatura de la base de dónde se sujeta la aleta.[pic 10]
: temperatura de medio externo que atraviesa a la aleta.[pic 11]
: longitud de la superficie extendida.[pic 12]
: coeficiente de conductividad térmica del material de fabricación de la aleta.[pic 13]
Crédito extra:
Aplicaciones de las superficies extendidas en la ingeniería.
Se tiene que el uso más común al pensar en superficies extendidas es un radiador de un carro pero no solamente es la aplicación que la podemos encontrar, también existen un sinnúmero de aplicaciones que se detallaran a continuación.
- Cilindros en motores de motocicletas y podadoras
- En procesos químicos de refrigeración, y criogénicos
- En aparatos eléctricos y electrónicos
- Turbinas de gas
- En disipadores de calor para procesos residuales de calderas
- Intercambiadores de calor Módulos de combustible nuclear
- En hornos para tratamientos térmicos [3]
- ANÁLISIS DE DATOS:
Se indican las siguientes características geométricas de las aletas:
Tabla 1. Características geométricas de las aletas
Aleta Aguja Aluminio | ||
L [mm] | D [mm] | d [mm] |
300 | 30 | 7 |
Aleta Rectangular Aluminio | ||
L [mm] | b [mm] | h [mm] |
300 | 30 | 10 |
Aleta Cilindrica | ||
L [mm] | D [mm] | |
300 | 20 |
Cuadro de datos
Tabla 2. Temperaturas de las aletas
Temp. 1 | Temp. 2 | Temp. 3 | Temp. 4 | |
Temperatura | 27 | 46 | 77 | 114 |
Cálculos
Se tiene que el coeficiente de convección se encuentra con (1).
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Para este caso se usa (2) para calcular el número de Nusselt.
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Donde es el de Rayleigh y se encuentra con (3).[pic 16]
[pic 17]
Para evaluar las propiedades se usa la temperatura de película con (4).
[pic 18]
En el caso de la aleta rectangular se tiene:
[pic 19]
[pic 20]
Ahora ya se puede calcular el número de Nusselt.
[pic 21]
[pic 22]
Distribución de temperatura.
Aleta rectangular (aluminio):
...