Transferencia De Calor

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

TRANSFERENCIA DE CALOR

PRACTICAS 1 A 3 y CUESTIONARIO

Grupo colaborativo 211611-1

LEONID ALEXANDER JIMÉNEZ CC 11.202.721

CLAUDIA INÉS BAUTISTA BAUTISTA COD.37542580

JENNY ALEJANDRA GARCÍA ROMERO COD. 42158857

OMAIRA SIRLEY MOSCOSO VILLADA COD: 38756840

Tutor Curso:

CALOR GERMAN PASTRANA BONILLA

Abril de 2013.

PRIMERA FASE – PREGUNTAS ABIERTAS

Lea detenidamente cada pregunta y en forma muy concreta dé respuesta a ella.

1- Relacione dos procesos del software Plantas Virtuales en los cuales se presentan los mecanismos de transferencia de calor individuales y dos en los cuales se presenten los mecanismos combinados.

R// El calor fluyendo de cuerpos o zonas de cuerpos, de alta temperatura a cuerpos o zona de cuerpos a baja temperatura lo hace fundamentalmente en uno ó más de tres mecanismos de transferencia de calor. Ellos son conocidos como CONDUCCION, CONVECCION Y RADIACION mecanismos que en la práctica se presentan en forma individual o simultánea en la industria.

Mecanismo individual de transferencia de calor

Ej: La evaporación es un proceso al cual se le aplica la transferencia de calor (mecanismo individual) la conducción.

Mecanismo Combinado de transferencia de calor

Ej: Horno continúo de panificación: el horno es en esencia un concentrador de calor concebido para mantener temperaturas elevadas y someter a éstas a un material en particular. En el caso de la panificación, los hornos están diseñados para mantener en su interior temperaturas del orden de los 200ºC. El calor se transfiere al pan por radiación y convección a través de superficies o tuberías radiantes o directamente a través de vapor.

2- Seleccione un proceso industrial para alimentos en el que se tengan los mecanismos de convección y radiación. Elabore un diagrama de flujo y describa brevemente el equipo en el cual se transfiere calor indicando claramente el mecanismo, la fuente de calor y rango aproximado de temperaturas de proceso.

R// Cuando una superficie transfiere calor por radiación casi siempre hay también una transferencia térmica convectiva a menos que dicha superficie esté en el vacío. Si la superficie radiante está a t° uniforme es posible calcular la transferencia de calor por convección y por radiación.

3- -Elabore el circuito térmico para un alimento colocado al baño de maría en un recipiente de vidrio, que se encuentra dentro de una olla de vidrio colocada en un horno microondas.

Dónde:

R1a es la resistencia del vidrio del recipiente que contiene el alimento radiación.

R1b es la resistencia del vidrio del recipiente que contiene el alimento por conducción.

R2 es la resistencia del agua del baño de maría (resistencia a la radiación).

R3 es la resistencia del vidrio de la olla (resistencia a la radiación)

R4 es la resistencia del aire dentro del horno microondas (resistencia a la radiación).

Ti es la temperatura inicial del alimento

Tf es la temperatura final del alimento

Este esquema tiene este planteamiento debido a que el alimento está influenciado por radiación, pero además de esto, luego de calentar el agua también se presenta un fenómeno de conducción térmica entre el agua y el vidrio del recipiente que contiene el alimento y luego de este al alimento.

4- Investigue el principio de funcionamiento de un secador solar, Identifique las resistencias térmicas y elabore el circuito térmico correspondiente.

El secado solar consiste en poner en contacto, bajo un invernadero, un aire regularmente renovado y un fango distribuido sobre una losa de hormigón y removido mecánicamente. Entre la entrada y la salida del invernadero, el aire se carga de vapor de agua, a costa del fango que se seca. Un sistema de ventilación asegura la renovación del aire con el fin de evacuar el vapor de agua procedente del fango. La cantidad de agua evaporada depende a la vez de las características del aire (temperatura, humedad), y de las del fango (temperatura, humedad, propiedades mecánicas).

5- Establezca dos aplicaciones prácticas del radio crítico de aislamientos.

Radio crítico de aislamientos: Al incrementar el grosor del aislamiento térmico de una pared plana siempre disminuye la transferencia de calor. Cuanto más grueso sea el aislante más baja será la velocidad de transferencia de calor. Esto es así debido a que el área de la superficie de intercambio de calor pared-fluido no varía. No ocurre lo mismo con las paredes cilíndricas o esféricas. En este caso, la resistencia total, y por tanto la potencia térmica, varía con el valor del radio exterior del aislamiento.

APLICACIONES:

Expresiones del radio crítico

PARED CILÍNDRICA => RADIO CRÍTICO = ka / ho ; ka: conductividad del aislante ; ho: coeficiente de película

PARED ESFÉRICA => RADIO CRÍTICO = ( 2 ka ) / ho ; ka: conductividad del aislante ; ho: coeficiente de película

• El radio crítico se puede aplicar para caracterizar el espesor en conductos cilíndricos, nos permite determinar el espesor del aislante para el cual el flujo de calor que lo atraviesa es máximo.

• Para cables eléctricos.

6- La difusividad térmica es una propiedad derivada de los materiales. Explique sobre su sentido físico en la transferencia de calor.

Difusividad térmica: Mecanismo de la conductividad térmica en los metales, variable que controlan la conductividad térmica en los metales, conducción térmica en cerámicas y polímeros, valores de conductividad térmica para distintos materiales, obtención de materiales aislantes.

La difusividad térmica es la magnitud que aparece en la ecuación de conducción del calor, y depende proporcionalmente de la conductividad térmica y es inversamente proporcional al calor específico y a la densidad del material.

Para obtener en un material la difusividad deseada se juega con la capacidad calorífica y con la conductividad térmica. La mayor difusividad térmica se obtiene en materiales con k muy elevado pero con calores específicos pequeños y densidades pequeñas. Los materiales con alta difusividad ajustan rápidamente su temperatura a la de sus alrededores

7- Explique brevemente que es un estado inestable y de un ejemplo aplicable a alimentos.

Cuando un sólido de temperatura uniforme se sumerge en un fluido a temperatura diferente, aparece en él un perfil de temperatura variable en el tiempo. Un claro ejemplo puede ser: El escaldado es un tratamiento en el cual se tiene un flujo de calor en estado inestable o no estacionario. la mayoría de los problemas que se presentan en la industria es el de establecer los tiempos óptimos de escaldado cuando se desea tener una temperatura predeterminada a nivel de las cáscaras o piel de las productos para tener los mejores resultados.

8- Los números son relaciones adimensionales de fenómenos físicos. Cuáles fenómenos están relacionados en los números de Reynolds, Fourier, Biot.

• Números de Reynolds: se relaciona con mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión a dimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos.

• Números de Fourier: caracteriza la conducción de calor. Conceptualmente es la relación entre la velocidad de la conducción de calor y la velocidad del almacenamiento de energía.

• Número de Biot: se relaciona en transmisión de calor por conducción dentro de un cuerpo y la transferencia de calor por convección en la superficie de dicho cuerpo. El campo donde se aplica es en la conductividad superficial y volumétrica de sólidos.

9- Establezca las diferencias entre la película térmica y la película hidráulica. (Diferencia entre Reynolds térmico y Reynolds hidráulico).

El número de Reynolds hidráulico nos dice en qué estado se encuentra nuestro fluido, ya sea turbulento, laminar o en estado de transición. El número de Reynolds térmico se basa a la transferencia de calor por convección y se basa en el aire que también es un fluido y se puede comportar como unos de los tres estados.

10- Cuáles fenómenos físicos están relacionados en los números de Grashof, Nusselt y Stanton?

Números de Grashof - en la Mecánica

La condición necesaria para que al menos una barra del mecanismo de 4 barras pueda realizar giros completos se conoce como condición de Grashof y se enuncia como sigue: "Si s + l < p + q entonces, al menos una barra del mecanismo podrá realizar giros completos"

Números de Nusselt - en la Físico-Química

El número de Nusselt establece la relación de la resistencia por conducción a la resistencia por convección en el fluido. Aunque es muy similar su fórmula a la del número de Biot, en este caso las dos resistencias están referidas al fluido en tanto que en el número de Biot, una resistencia, la interna es del sólido y la otra, la externa es del fluido que rodea el sólido

Números de Stanton – Factor de Fricción

Un fluido que fluye a través de un conducto cerrado a una cierta velocidad promedio V donde existe una diferencia de temperatura entre el fluido y la pared del tubo.

11- Qué es el factor de Colburn?

El factor de Colburn es un factor de j se utiliza en la transferencia de calor por convección en los cálculos generales, libres y forzados, en particular. Es equivalente a (St.Pr ^ 2/3).

Dónde:

Cp = Capacidad calorífica

G = Masa por velocidad

h = Coeficiente de transferencia de calor

k = Conductividad térmica

mu = Viscosidad

rho = Densidad

V = Velocidad

12- Enumere las variables que intervienen en la convección forzada y explique la incidencia que ellas tienen en el flujo de calor.

Cuando la transferencia de calor ocurre por turbulencia el mecanismo de convección forzada puede estar en flujo laminar o turbulento acorde al Número de Reynolds, como se ha visto en el flujo de fluidos.

Cuando por ejemplo se aplican medios mecánicos para hacer circular el fluido como agitadores, bombas etc. Y sus variables:

• Velocidad de circulación

• Densidad de fluido

• Calor específico de las sustancias

• Diámetro de los tubos

• Viscosidad del fluido

• Conductividad

En cuanto a su incidencia en el flujo de calor: se puede representar el flujo de calor que se manifiesta en un sistema a regimen permanente, en donde t es la temperatura de un fluido estanco o un cuerpo en cualquier estado de agregación, y θ es la temperatura del fluido convectivo.

13- Enumere los pasos para seleccionar la ecuación que permita determinar el flujo de calor por convección., en solución de problemas.

13.1 El flujo de calor por unidad de área, es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie (Ts) y del fluidos que la rodea (T). La ecuación que modela adecuadamente éste fenómeno se conoce como Ley de enfriamiento de Newton y se expresa de la siguiente forma:

dQ/ dt = h * As (Ts - Tinf )

13.2 Donde q es el flujo de calor por unidad de área expresada en W/m2 y h es el coeficiente de convección (también llamado coeficiente de película o fílmico) expresado en W/m2°K.

13.3 Determinar el tipo de flujo (si es axial o transversal).

13.4 Luego la geometría (es una placa, o un cilindro, o una esfera, etc.)

13.5 Luego se determina el régimen de flujo (laminar o turbulento). Dependiendo de estas tres cosas se puede hallar una expresión para h.

14- En qué casos se emplea el factor de incrustación o de ensuciamiento.

Es el factor con el cual se determina la resistencia o el nivel de incrustación o acumulación en intercambiadores u otros equipos de transferencia de calor; es decir, con el paso del tiempo se acumulan depósitos sobre las superficies de transferencia de calor de los intercambiadores que incrementan la resistencia térmica y hacen que disminuya la velocidad de transferencia de calor. El efecto neto de la acumulación de depósitos se cuantifica mediante el llamado factor de incrustación, Rf, que está tabulado para los diferentes fluidos. La acumulación puede producirse en la pared interior, en la exterior o en las dos simultáneamente lo cual se reflejará en el coeficiente global de transferencia de calor.

15- Explique brevemente qué es el espectro electromagnético

El espectro electromagnético es la distribución energética del conjunto de las ondas electromagnéticas que emite (espectro de emisión) o absorbe (espectro de absorción) una sustancia. Por lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda en ondas de radio, microondas, infrarrojos, visible –que percibimos como luz visible– ultravioleta, rayos X y rayos gamma.

16- Qué es la temperatura de pared?

Es un concepto es usado en intercambiadores de calor, se utiliza para calcular la diferencia de temperaturas entre un fluido y la pared de un tubo: si la temperatura de la circunferencia interior de la pared de un tubo es casi constante en toda su longitud, como sucede cuando el fluido dentro del tubo se calienta por vapor, habrá dos diferencias de temperatura distintas en los finales: una entre la pared del tubo y el líquido y otra en el otro extremo entre la pared del tubo y el líquido calentado.

PRACTICA 1 CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La Conductividad Térmica es la propiedad física de cualquier material que mide

La capacidad de conducción del calor a través del mismo.

En la presente práctica se determinó la conductividad térmica del jugo de guayaba aplicándole una corriente eléctrica a diferentes voltajes y determinando la diferencia de temperatura que se establece entre la probeta interior del equipo.

OBJETIVOS

Objetivo general

Estudiar el fenómeno de transferencia de calor por conducción.

Objetivos específicos

Obtener el valor de calor por conducción transferido en un equipo especializado.

Estimar el valor de la conductividad del Jugo de Guayaba, para diferentes porcentajes de agua contenida en el jugo.

Sustancias no newtonianas.

Se entienden todas aquellas sustancias en las cuales no se cumple la ecuación del flujo de Newton; en esta clase de medios se encuentran todas las dispersiones heterogéneas de sólidos y líquidos tales como: las disoluciones. Coloidales, las emulsiones, las suspensiones liquidas, los ungüentos y otros preparado similares. Cuando los diversos medios no newtonianos se analizan con el viscosímetro o rotatorio y se representan gráficamente los resultados, se obtienen varias curvas de consistencia, representativas de las siguientes clases de flujo: plástico, sesudo plástico, dilatante.

VARIABLES DE ENTRADA Y SALIDA

Variables de entrada

Contenido de humedad.

Voltaje aplicado sobre el material.

Variables de salida

Temperatura a la salida (temperatura del fluido de prueba al final de su recorrido en el interior del equipo).

Determinación de la conductividad térmica del jugo de Guayaba, aplicando una corriente eléctrica a determinados voltajes, midiendo la diferencia de temperatura que se establece entre la probeta interior del equipo

TABLA DE RESULTADOS

VOLTAJE HUMEDAD TEMPERATURA FINAL oC

0.5

87.4 % 32.21

55.2 % 33.7

36 % 35.28

1.0 87.4 % 39.33

55.2 % 42.39

36 % 45.58

1.5 87.4 % 46.52

55.2 % 51

36 % 55.86

2.0 87.4 % 53.63

55.2 % 59.67

36 % 66.14

2.5 87.4 % 60.84

55.2 % 68.33

36 % 76.45

3.0 87.4 % 67.99

55.2 % 76.96

36 % 86.76

VOLTAJE DE OPERACIÓN CONTENIDO DE HUMEDAD % Temp Final Temp Inicial T

Potencia K

0,5 87,4 305,38 298,15 7,23 0,5 0,55

0,5 55,2 306,81 298,15 8,66 0,5 0,46

0,5 36 308,47 298,15 10,32 0,5 0,39

1 87,4 312,51 298,15 14,36 1 0,56

1 55,2 315,55 298,15 17,4 1 0,46

1 36 318,77 298,15 20,62 1 0,39

1,5 87,4 319,63 298,15 21,48 1,5 0,56

1,5 55,2 324,15 298,15 26 1,5 0,46

1,5 36 329,04 298,15 30,89 1,5 0,39

2,0 87,4 326,8 298,15 28,65 2,0 0,56

2,0 55,2 332,84 298,15 34,69 2,0 0,46

2,0 36 339,34 298,15 41,19 2,0 0,39

2,5 87,4 333,98 298,15 35,83 2,5 0,56

2,5 55,2 341,46 298,15 43,31 2,5 0,46

2,5 36 349,61 298,15 51,46 2,5 0,39

3,0 87,4 341,09 298,15 42,94 3,0 0,56

3,0 55,2 350,15 298,15 52 3,0 0,46

3,0 36 359,89 298,15 61,74 3,0 0,39

CÁLCULOS REALIZADOS PARA ENCONTRAR CONDUCTIVIDAD TERMICA (K)

PROMEDIO DE K A HUMEDAD DE 36 % 0,39

PROMEDIO DE K A HUMEDAD DE 55,2 % 0,46

PROMEDIO DE K A HUMEDAD DE 87,4 % 0,56

VARIACION DE LA CONDUCTIVIDAD TERMICA EN EL JUGO DE GUAYABA

EN FUNCION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD

HUMEDAD (%) CONDUCTIVIDAD TERMICA K

36 0,39

55,2 0,46

87,4 0,56

GRAFICA

CONDUCTIVIDAD TERMICA Vr %HUMEDAD GUAYABA

ANALISIS DE RESULTADOS

Se puede apreciar en la grafica claramente que a medida que aumenta la conductividad el porcentaje de humedad en el jugo de guayaba, aumenta considerablemente la Conductividad térmica significativamente; dado que hay cambio en la composición del jugo y por lo tanto en la naturaleza del mismo.

Manteniendo constante el voltaje de operación y comparando los diferentes contenidos de humedad del jugo, puede observarse que a mayor contenido de humedad, la temperatura final es menor y la cual va aumentando a medida que disminuye el contenido de humedad. Se concluye que a menor concentración del jugo hay una mayor conductividad térmica.

Se pudo logró conocer el funcionamiento de un equipo especializado (Consola) y del proceso en general para medir el valor del calor por conducción de un líquido.

Se evidencia una relación directamente proporcional entre el voltaje de operación y la temperatura final del jugo, ya que a medida que el voltaje aumenta, de igual forma aumenta la temperatura. Por Todo esto es indiferente de mantener constante el porcentaje de contenido de humedad del jugo.

Existen un aumento en la temperatura final del jugo más o menos proporcional y constante cada vez que aumenta el voltaje 0.5 voltios; así: con un porcentaje de contenido de humedad del 84. 7%, el incremento de temperatura es aproximadamente 7°C; cuando permanece constante el contenido de humedad en 55. 2%, el incremento de temperatura es aproximadamente 9°C y finalmente con un 36%, el incremento de temperatura es aproximadamente 10 °C. valor de conductividad del jugo de guayaba a diferentes corrientes aplicadas a voltajes determinados y diferentes contenidos de agua en el jugo con ayuda de la simulación de la planta virtual.

A medida que se aumenta el contenido de humedad del jugo de guayaba y se aplica sobre este la corriente eléctrica, con un determinado voltaje de operación se estableció que la conductividad térmica también aumenta.

CONCLUSIONES

• Dentro de la práctica se hace dependencia de la conductividad térmica de la sustancia no newtoniana que presenta recuperación de su estructura por una sedimentación.

• La conductividad del jugo aumenta con el porcentaje (%) de humedad dado que ha cambio en la composición del jugo y por lo tanto en la naturaleza del mismo, se observa claramente que a medida que aumenta el porcentaje de humedad el valor de conductividad térmica predicha por el modelo tiene al valor teórico de conductividad térmica del agua 80.58 W/m K).

• Como la ley de Fourier establece el flujo de calor entre dos cuerpos se puede decir que es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos, y solo puede ir en un solo sentido de uno más caliente a uno más frió estableciendo que hay una variable de fenómenos que no se producen por fuerzas mecánicas sino que resultan de la presencia y acumulación del calor.

• La conductividad térmica es eficiente a medida que aumenta el contenido

• La conductividad del jugo aumenta con el aumento en el porcentaje de humedad dado que hay cambio en la composición del jugo y por lo tanto en su naturaleza misma, el valor de conductividad del jugo de guayaba a diferentes valores de humedad, observando claramente que a medida que aumenta el porcentaje de humedad el valor de conductividad térmica predicha por el modelo tiene al valor teórico de conductividad térmica del agua.

• El modelo tiene una aplicación muy práctica en la industria de jugos; la cual fue monitoreando temperaturas tiempos previamente medidos por la termocupla.

PRACTICA 2

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION

Resumen

El equipo para el estudio de transferencia de calor por convección consiste en un segmento de tubería provisto de una chaqueta por donde fluye vapor. Al interior del tubo fluye aire que recibe el calor que cede el vapor al condensarse. Se ubican dos manómetros al inicio y al final del segmento para evaluar la temperatura del aire en estos puntos.

Objetivo General

Estudiar el fenómeno de transferencia de calor por convección en un fluido calentado con vapor.

Objetivo Específico

Determinar el coeficiente conectivo de transferencia de calor de un fluido calentado con vapor

Evaluar la longitud de tubería enchaquetada requerida para calentar el aire hasta una temperatura dada.

Variables

PROCEDIMIENTO

El usuario debe variar el diámetro nominal de temperatura y la temperatura de salida del aire para encontrar la longitud de tubería necesaria para calentar el aire desde su condición inicial hasta su condición final.

Variables de entrada y salida

Variables de entrada

Temperatura de salida del aire

Diámetro nominal de tubería.

Variables de salida

Longitud del segmento de tubería enchaquetado.

Los Cálculos son los siguientes:

Correlación para el cálculo de viscosidad del aire en función de la temperatura para 30, 60, 100, 120 y 130 ºc.

Para 60oC=

Para 100oC=

Para 120oC=

La correlación para el cálculo de densidad del aire en función de la temperatura para 30 y 130 ºC son :

El cálculo para el flujo másico de aire es:

Para 0.756

Para 60oC=

Para 100oC=

Para 120oC=

Para el cálculo número de Reynolds para el aire en 1 y 3 pulgadas es:

Para 3”

La correlación para el cálculo de calor especifico del aire en función de la temperatura considerando 30 y 130 ºC es:

La correlación para el cálculo de conductividad térmica del aire en función de la temperatura para 30 y 130 es:

Para el cálculo de velocidad de flujo másico para el aire para 1” calibre 40 es :

El Cálculo de la diferencia media logarítmico de temperatura

Calculo de carga de calor

Para 60°C

El cálculo del coeficiente de transferencia de calor h:

Coeficiente (h) Temperatura 0 C

0,02115264 30

0,00216195 60

0,00216195 100

0,00216195 120

0,00216195 130

CONCLUSIONES

• Se puede concluir que existe una mayor transferencia de calor por convección cuando se utiliza una tubería de menor diámetro nominal y por ende en estos casos hay menor consumo de energía en los procesos requeridos.

• Con los datos de la tabla se puede dar cuenta que al mantener una temperatura de salida constante del aire y a medida que el diámetro nominal de la tubería que lo conduce aumenta, es necesario una longitud de tubería mayor, aunque no muy pronunciada, para calentar el aire desde su condición inicial hasta su condición final.

• También puede se evidencia que necesariamente no es lo más apropiado aumentar la temperatura y el diámetro, ya que al aumentar la temperatura cuatro veces y considerando un diámetro nominal de la tubería de tres pulgadas, el aumento en el tramo de la tubería necesaria pasa de 0.24 m a 11.42 m, es decir que la tubería necesaria aumenta 45 veces.

• Se puede deducir que existe una mayor transferencia de calor por convección cuando se utiliza una tubería de menor diámetro nominal y por ende en estos casos hay menor consumo de energía en los procesos requeridos.

• A través de una simulación virtual se puede conocer el proceso de transferencia de calor por convección.

• Con esta práctica puedo concluir que la transferencia de calor por convección en un fluido calentado al vapor que al aumentar la temperatura se hace necesaria una mayor longitud de la tubería,

• La velocidad de transferencia de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido.

• La influencia de las propiedades del fluido de la superficie y del flujo se cuantifica en el coeficiente de película o de coeficiente de transferencia de calor por convección (h).

• La transferencia de calor por convección depende de las propiedades del fluido, de la superficie en contacto con el fluido y del tipo del flujo. Entre las propiedades del fluido se encuentran: la viscosidad dinámica m, la conductividad térmica k , la densidad r.

• A medida que aumenta la temperatura y consideramos un diámetro para la tubería que conduce el aire, el valor de la longitud para el tramo de la tubería es más alto.

PRACTICA 3

TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACION

Resumen

La práctica de radiación se desarrolla en un horno eléctrico de pastelería donde se calienta un ponqué. La superficie radiante se ubica en el techo al interior, en tanto el ponqué se coloca en la parte inferior; las paredes laterales, incluyendo la de la puerta, están cubiertas con un material refractario. El horno mantiene constante la temperatura de la superficie de calentamiento variando su demanda de energía mientras se calienta el ponqué.

Objetivo General

Estudiar la transferencia de calor por radiación desde una superficie caliente.

Objetivo Específico

Determinar la carga energética ligada a la temperatura de la superficie radiante y su variación durante el calentamiento del ponqué.

VARIABLES.

PROCEDIMIENTO

El usuario seleccionará la temperatura de la superficie de calentamiento del horno y registrará los valores de la temperatura de la superficie del ponqué y la corriente eléctrica del horno en función del tiempo de horneado (90 minutos).

Variables de entrada y salida

Variables de Entrada

Temperatura de entrada del ponqué.

Variables de salida

Temperatura de la superficie del porqué.

Corriente eléctrica demandada por el horno.

TABLA DE RESULTADOS

Entrada Salida

Temperatura inicial del ponqué (°C) Tiempo operación del horno Amperaje de operación del sistema de calefacción Temperatura en el ponqué horneado ºC

18 90.07 0.54 192.95

22 90.01 0.553 195.21

26 90.08 0.567 197.49

30 90.05 0.611 199,73

Equivale temperatura del horno 473°K

Constante de Stefan-Boltzman σ = 0, 56697 x 10-7 W/m2 0K4

E = 4,878 x 10-8 Kcal/m2hr oK4 x (291)4 = Emisividad del Horno

E = σ T4

E = 0, 56697 x 10-7 W/m2 0K4 x (473)4 = 0,268 W/m2

La radiación emitida por la superficie que se encuentra a T1 será (horno) E1 = σ(T1 )4

E1 = 0.56697 x 10-7 W/m2 0K4 x (473)4 = 0,268 W/m2

Es absorbida en su totalidad por la superficie 2 (ponqué), cuya radiación es E1 = σ(T2 )4

E1 = 0, 56697 x 10-7 W/m2 0K4 x (291)4 = 5,669x10-4 W/m2

La energía neta ganada por la superficie 2 será: E = σ (T1 4 - T24)

E= 0.56697 x 10-7 W/m2 0K4 (4734 - 2914 )

E= 0.56697 x 10-7 W/m2 0K4 (1820000) = 0,10318 W/m2

Q = qrad + qcon = hrad A (Ts - T∞) + ε σ (T4 s – T4 alr) hrad = ε σ (T s + T alr) (T2 s + T2 alr)

La superficie radiante y el ponqué son cuerpos grises es decir que ε = σ

Temperatura de la superficie Ts = 291°K

Temperatura del horno = Talr = T∞ =473°K

hrad = 764 x 0,85 + 40000,40 hrad = 3056035.6 W/m2 K

Q = 3056035.6W/m2 K (473 – 291) + 0,85 (473 4 –2914) Q = 5561975619 + 1547000

Q = 5,563 x10 9 W/ m2

Temperatura del Ponqué

A= 192, 95

A = 195, 21

A= 197, 49

A = 199, 73

I = Q/ V Q= IxV

Transferencia de calor del ponqué

Q = 192.95 x 220 = 42449

Q = 195.21 x 220 = 42946.2

Q = 197.73 x 220 = 43500.6

Q = 199.73 x 220 = 43940.6

CONCLUSIONES

• A mayor temperatura mayor es el amperaje.

• La energía térmica irradiada por una superficie aumenta al incrementarse la temperatura de la misma.

• La ley de Stefan-Boltzman establece que toda materia que no se encuentra a una temperatura infinita emite dos radiaciones térmicas. Estas radiaciones se originan a partir de la energía térmica de la materia limitada por la superficie más baja por la que fluyen, la velocidad a la que libera energía por unidad de área (W/m2) se denomina la potencia emisiva superficial E.

• En general, tanto la emisividad como la absortividad de una superficie dependen de su temperatura y de la longitud de onda de la radiación

• A medida que se aumenta el flujo de calor del horno, el consumo de energía también se incrementa.

• Al aumentar el consumo de corriente eléctrica, aumenta directamente proporcional el flujo de calor.

• La temperatura de horneado y la transferencia de calor aumenta de forma proporcional en la medida en que se aumenta la temperatura inicial.

BIBLIOGRAFÍA

 FONSECA Vigoya Víctor Jairo, Carlos Pastrana Bonilla. Modulo Transferencia de Calor, Universidad Nacional Abierta y a Distancia –UNAD- 2010

 http://www.google.com.co/search?hl=es&q=Ley+de+Stefan-Boltzmann&meta

 Operaciones en la industria de alimentos, Jaime Alberto Leal Afanador

 http://www2.uah.es/spas/docencia/fisica_ambiental/lab_fa_4.pdf http://srv2.fis.puc.cl/mediawiki/index.php/Conductividad_T%C3%A9r mica_(Fis_152)

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