Practica: Distribución de temperatura en aletas cilíndricas

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UNIVERSIDAD AUTONOMA METROPOLITANA

Unidad Iztapalapa

DIVISION DE CIENCIAS BASICAS E INGENIERIA

DEPARTAMENTO DE PROCESOS E HIDRAULICA

INGENIERIA EN ENERGIA

Nombre de la materia:

Laboratorio de Calor y Masa

Nombre de la practica:

Distribución de temperatura en aletas cilíndricas.

Nombre de los integrantes:

* Flores Cajero Selene

* Ibarra Reyes Brenda

* Martínez Segundo Iván

* López Blas Hermes Vicente

* Méndez Enríquez Dayra Fernanda

Nombre del profesor:

Torres Aldaco Alejandro

CDMX, Iztapalapa a 22 de agosto de 2024

Índice

OBJETIVOS. 3

Objetivo general. 3

Objetivo Particular 3

INTRODUCCIÓN 3

Preguntas Guía. 4

MARCO TEORICO. 5

Materiales y Equipo. 8

Desarrollo de la práctica. 9

METODOLOGIA 9

RESULTADOS 11

CONCLUSIÓN 13

REFERENCIAS 13

OBJETIVOS.

Objetivo general.

Observar la conducción de calor en una aleta cilíndrica en estado estacionario y en estado transitorio, haciendo una comparación entre datos teóricos y los datos experimentales.

Objetivo Particular.

1. Proponer un modelo para la conducción de calor en estado transitorio y en estado estacionario.

2. Observar la influencia de las condiciones que se enfrentaba la aleta cilíndrica.

3. Comparar la solución de los datos experiméntales con los datos teóricos.

INTRODUCCIÓN.

La transferencia de calor tiene el objetivo de cuantificar el flujo de transporte de calor en los procesos naturales, se puede observar de diferentes modos, como la conducción, radiación y convección.

Las aletas también conocidas como superficie extendida, hace referencia a un sólido que experimenta la transferencia por conducción dentro de sus límites tanto una transferencia de energía por convección entre sus alrededores.

Las aletas combinan el sistema de conducción y convección en un área, ya que, al tener una aleta con una pared el calor no solo fluirá por la pared, sino también por la superficie de nuestra aleta. se suele ocupar este tipo cuando el coeficiente de transferencia de calor es mínimo, compensando lo con el área añadido a la superficie extendida, ya que, esta superficie se utiliza para la mejora de transferencia de calor.

La tasa de transferencia de calor está dada por la ley de enfriamiento de Newton:

Existen diferentes tipos que adoptan las aletas como: aguja, cuando tienen formas cilíndricas, longitudinal, se aplica en superficies adicionales en paredes planas o cilíndricas y radiales que van unidas a superficies cilíndricas.

Ilustración 1" Esquema teórico de una aleta cilíndrica "

Diagrama de la practica de una aleta cilindrica

Preguntas Guía.

1. ¿Es posible estimar la conductividad térmica de la barra aislada, operando a régimen estacionario? Si es posible utilizando la ley de Fourier de la conducción de calor, donde se nos establece la tasa de referencia de calor (Q) a través del material con un gradiente de temperatura y el área por donde se transfiere el calor

2. ¿Es posible estimar el coeficiente de transferencia de calor del agua en contacto con la barra aislada? Si es posible utilizando la ley de enfriamiento de Newton, donde se nos describe la transferencia de calor entre una superficie de un sólido aun fluido en contacto.

3. ¿Qué condiciones iniciales y de frontera son adecuadas a cada uno de los dos arreglos de la barra, operando aislada o como aleta de enfriamiento? La condición del extremo aislado sería donde delta de té sobre delta de z donde z es igual a l va a ser igual a cero y si es una aleta de enfriamiento, pues la condición de frontera dependerá de si el extremo está en contacto con el aire o con el agua.

4. ¿Qué procesos de transferencia de calor no cuantificados podrían inducir errores en los resultados experimentales? Pueden ser las pérdidas por radiación, pérdidas por conducción a través de la. Interfaz o el aislamiento, convicción no considerada en el fluido, porosidad, golpes en el material de la barra, pérdidas por evaporación, errores en la medición de la temperatura.

5. ¿Podrías estimar la importancia de esos procesos no cuantificados (orden de magnitud) y su posible influencia en las diferencias a encontrar entre los resultados experimentales y las predicciones de los modelos?

6. ¿Cómo determinas la potencia eléctrica suministrada al extremo de la barra? ¿Qué información necesitas? necesitamos conocer la corriente eléctrica, la cantidad de corriente a través de nuestra barra, en amperes, La diferencia de potencial o voltaje a los extremos de la barra medida en voltios teniendo unas consideraciones adicionales, como nuestra resistencia de la barra, que es conocida, ya que, al final la potencia suministrada se determina conociendo la corriente y el voltaje.

MARCO TEORICO.

Balance de energía

Donde:

Estado transitorio

Donde:

* T(z,t) es la temperatura a lo largo de la distancia z y el tiempo de t.

* es la difusividad térmica del material

* Z es la distancia desde la base hasta el extremo del otro lado

* t es el tiempo

* Si; , es la pérdida o la ganancia de calor debido a la convección y la radiación del material, por lo tanto, nos indica una mayor disipación de calor.

* Donde:

* h= coeficiente de transferencia de calor por convección

* P= perímetro

* K= conductividad térmica del material

* A= área transversal

Condiciones de frontera

1. Condición en la base donde (z=0):

Se utiliza la condición Dirichlet,

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