Tunel de Viento

 

 

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTÓNOMA DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA

LABORATORIO DE TERMOFLUIDOS PRÁCTICA NO. 2 (6) CONVECCIÓN DE CALOR EN UNA PLACA VERTICAL PROFESOR M. EN I. LUIS FERNANDO DONIS RABANALES BRIGADA: 1 INTEGRANTES:

PEREZ HERNANDEZ MAGALY BÁRCENAS MARTÍNEZ ERICK IVÁN Grupo: 2 

1

 

 

Fecha de realización: 15/10/2019 

1.

Introducción

La transmisión del calor tiene lugar por tres mecanismos básicos:

Conducción:  La energía calorífica se transmite durante el contacto directo entre cuerpos (o partes de estos) a distintas temperaturas y tiene lugar mediante choques o acoplamientos entre las moléculas del sistema (unas en zonas más calientes, con mayor energía térmica y otras en las zonas más frías, con menor energía térmica), aunque no haya un movimiento macroscópico de las moléculas, el material sea transparente a la radiación. Este proceso es de granoimportancia en sólidos, pero de menor importancia en líquidos y gases, donde normalmente aparece combinado con la convección y es prácticamente enmascarado por ésta. Convección: La energía calorífica se transmite por el movimiento físico de moléculas “calientes” de las zonas de alta  temperatura a las zonas de baja temperatura y viceversa, equilibrándose las temperaturas Este proceso tiene gran importancia en fluidos y también es denominado conducción superficial, ya que el flujo de calor entre la superficie de un material y un fluido está relacionado con la conducci conducción ón a través de una fina capa del fluido que se encuentra junto a la superficie. La transferencia de calor por convección puede ser forzada cuando está ayudada por el movimiento de las superficies en contacto con el fluido o libre (llamada también natural) cuando se produce únicamente en virtud de una diferencia de densidades causada por una diferencia de temperaturas. También puede venir acompañada de un cambio de fase, como ocurre durante la condensación o la ebullición, con unos intercambios de calor muy intensos. Radiación: La energía calorífica se transmite en forma de energía de la radiación electrom electromagnética, agnética, emitida todos los cuerpos porvelocidad el hecho de encontrarse a una temperatura T ,por y que se propaga a la

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de la luz (porque es luz de distintas longitudes de onda) y puede ser absorbida por los cuerpos, aumentando su temperatura. La radiación es el único medio de transmisión del calor cuando ésta tiene lugar a través del vacío, y puede ser muy importante para altas temperaturas

Transmisión del calor por convección. Cuando en un fluido que se encuentra en un campo gravitatorio hay regiones de distinta densidad, siendo las zonas más densas por más frías las que se encuentran en la parte superior, éstas se mueven hacia las zonas de menor densidad que se encuentran en la parte inferior (más caliente) desplazando el fluido que allí se encuentra. Por ejemplo, en un radiador, el aire frío, al ser más denso que el aire caliente va hacia las zonas más bajas, desplazando al aire caliente, que asciende hacia las zonas más altas. Las partículas más calientes van hacia las zonas más frías y viceversa. Se temperatura establece asídel unaconjunto circulación (aire) que tiende a igualar la del de gasmateria en un proceso al que se denomina convección, aunque esto corresponde sólo sól o a un caso concreto de convección. En un sentido más general, denominaremos convección a todo proceso de transferencia de calor entre dos zonas a distinta temperatura como consecuencia del movimiento de materia caliente hacia las zonas frías y de materia fría hacia las zonas calientes. Obviamente la convección aparecerá únicamente en fluidos, que es donde puede producirse este movimiento de materia.

2. 

Desarrollo  

1. 2.  3.  4.  5.  6.  7.  8.  9. 

Conectar el equipo y encender equipo Esperar a que se estabilice (esto el tarda alrededor de 40 minutos) Se toman lecturas de la temperatura ambiente Se toman lecturas de la presión a la que nos encontramos Una vez que se encuentra estable la temperatura pasamos a tomar lecturas Tomamos la temperatura temperatura inicial es decir la natural Introducimos el anemómetro Aumentamos el voltaje una escala pequeña y observamos una nueva temperatura con una nueva velocidad Dejamos que se estabilice 5 minutos  

10. Introducimos velocidad de nuevo el anemómetro y tomamos lectura de la

3

 

 

11. Aumentamos el voltaje a Medio 12. Dejamos que se estabilice por 5 minutos 13. Introducimos de nuevo el anemómetro y tomamos lectura 14. Aumentamos el voltaje a escala alta 15. Dejamos que se estabilice por 5 minutos 16. Introducimos por última vez el anemómetro 17.  Apagamos Enfriamos elelequipo 18. equipo Tabla de datos

Para sacar la densidad del aire

 = ..   = . []   = 25.5 25.5 °   = 298.6 298.655    = 286.9 286.9 [/ [/  ]   = / =  75814.56  = 286.9∗ 298.65  = 0.88  0.8848 48 [/ [/^3] ^3]

PRESION Ta R

 

 

DENCIDAD

 

 

DATOS MEDIDAS DE LA PLACA

Natural

Forzada

Forzada

Forzada

T= 60.4 °C T= 333.55 K

(baja) T= 62 °C T= 335.15 K

(medio) T= 61.5 °C T= 334.65 K

T=(Alta) 59.4 °C T= 332.55 K

V= 0 [m/s]

V= 1.7 [m/s]

V= 2.9 [m/s]

V= 2.9 [m/s]

Placa Aplaca = 0.01188 [m^2] Lc = 0.108 [m]

4

 

 

3. 

Cálculos COEFICIENTE DE CONVECCION ( h )

 =        ∝  Despejamos h

T1

T2 T3

   ℎ =        ∝

12 ℎ =  0.0118 011888 ∗  333.5 33.555  335. 335.15 15  12 ℎ =  0.0118 011888 ∗  335.1 35.155  334. 334.65 65  12 ℎ =  0.0118 011888 ∗  334.6 34.655  332. 332.55 55 

h=

h= h=

NUMERO DE PRANDTL

=   

Donde Cp. =1.0052 K = 0.04528 −   μ =

3.98  10

− . .   . .   = . = NUMERO DE REYNOLDS

5

 

 

∗0.7 = 0.8848 3.98  10−  ∗1.7 = 0.8848 3.98  10−  = 0.8848 ∗2.9 3.98  10− 

V1 V2 V4

Re = Re =

Re =

NUMERO DE NUSSELTS

 = ℎ   1

2 3

∗  0.108 108   =   0.04528  =   0.04528 ∗  0.108 108  ∗  0.108 108   =   0.04528

NUMERO DE GRASHOF

     ⋈     =    Gr1 Gr2 Gr3

DETERMINANDO SI ES LAMINAR O TURBULENTO Re 1 Re 2 Re 3

6

Nu = Nu = Nu =

 

 

APLICANDO FORMULA (Nu) DEPENDIENDO SI ES LAMINAR O TURBULENTO

LAMINAR

TURBULENTO

 = . . / 

 = 0.037  . / 

Re 1 Re 2 Re 3 COMPARANDO EL Nu TEÓRICO CON EL Nu EXPERIMENTAL

NU INDEPENDIENTEMENTE SI ES LAMINAR O TURBULENTO

=( 0.037

     871)  

     871)  

Nu =

Re 2

=( 0.037   871)  

Nu =

Re 3

     871)  

Nu =

Re 1

=( 0.037 =( 0.037

GRAFICA Re- K

7

 

 

GRAFICA Re –  Nu  Nu

CALCULAR Ra

=     =     T1 T2 T3

Ra = Ra = Ra =

CALCULAMOS Un

0.025 + 0.38   =   Ra 1 Ra 2 Ra 3

Nu = Nu = Nu =

Comparamos con el teórico

RESUMEN

4. 

Tabla de resultados

8

 

 

Evento

Q [W]

Tplaca

Taire

hexp [W/m^ 2K] 

Pr

Re

Gr

Nuexp  Nuteo 

[W/m^ 2K] 

1 2 3

5. 

Cuestionario 1. ¿Qué sucede con la temperatura de la placa al aumentar la velocidad de aire y a que se debe? La temperatura de la placa empieza aumentar con el aumento de la velocidad del aire ya que se presenta transferencia de calor por convección forzada, Dado que nosotros estamos aumentando la velocidad del aire. 2. ¿Cómo varía el coeficiente convectivo en relación con la velocidad en convección forzada y por qué? Graficar.

3. ¿Cómo es la variación de Nu respecto a Re y por qué? Graficar .

4. ¿Cuáles son las formas de incrementar la transferencia de calor? 5. ¿Por qué en convección natural se utiliza el parámetro adimensional de Grashof o Rayleigh y no el de Reynolds? Si la condición en la placa es de flujo de calor uniforme, ¿Por qué se utilizan correlaciones del coeficiente de transferencia de calor para temperatura uniforme?

6. 

hteo

Conclusiones (análisis de resultados)

9

 

 

7. 

Bibliografía 1. Bergman, Bavine, Incropera y Dewitt; “Fundamentals of Heat and Mass Transfer”, séptima 

edición, John Wiley & sons, Estados Unidos de America, 2011. 2. Yunus A. Çengel; “Transferencia de calor y masa”, tercera edición,

Mac Graw Hill, 2007.

3. Holman; “Transferencia de calor”, octava edición, Mac Graw Hill,

1998

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