2.conveccion

U.P.T.C. Formacin bsica profesional. rea complementaria tcnica Facultad Seccional Duitama Trmicas II Escuela de Ingeniera Electromecnica 54020909-02

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PRACTICA DE LABORATORIO 2

CONVECCION

INTRODUCCION

La transferencia de calor por conveccin es responsable de muchos procesos que tienen que

ver con la ingeniera, se manifiesta en fenmenos en los cuales se aumenta la temperatura

de un slido y este cede calor a sus alrededores. Mediante el principio de la transferencia de

calor por conveccin, funcionan muchos sistemas termodinmicos, estos pueden ser,

sistemas de aire acondicionado, sistemas de refrigeracin de transformadores elctricos y

enfriamiento de dispositivos electrnicos, entre otros.

El mecanismo de transferencia de calor por conveccin es un proceso complejo, la

descripcin matemtica del fenmeno involucra ecuaciones diferenciales parciales, que

deben ser resueltas por mtodos numricos, como el mtodo de integracin de Runge-Kutta

o la iteracin, entre otros. El anlisis experimental, ayudado del anlisis dimensional

facilitan la comprensin de dicho fenmeno, pudindose llegar a la obtencin de

ecuaciones descriptivas cuya resolucin es menos compleja que las soluciones propuestas

para los mtodos diferenciales.

1. OBJETIVOS

Realizar el balance de energa y determinar sus prdidas.

Determinar los coeficientes de pelcula tericos para el agua y para el vapor.

Comparar los coeficientes de pelcula obtenidos en el laboratorio con los dados por la

literatura.


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Determinar los coeficientes de pelcula prcticos para el agua y el vapor.

Representar grficamente l ))((log vs)log( PrGrNu y desarrollar una ecuacin

aproximada mediante una tcnica de ajuste.

2. GENERALIDADES

2.1 CONVECCIN

La conveccin es un proceso de transporte de energa por accin combinada de conduccin

de calor, almacenamiento de energa y movimiento de masa por diferencia de densidades.

La transferencia de energa por conveccin entre un fluido y una superficie, (considerando

que poseen diferencias de temperatura) se realiza en varias etapas, como sigue:

1. El calor fluye por conduccin desde las superficies de las partculas adyacentes al

fluido.

2. La energa transferida aumenta la temperatura y la energa interna de las partculas del

fluido.

3. Los cambios de energa provocan el movimiento de las partculas de fluido hacia una

regin con temperatura ms baja donde se mezclan y transfieren una parte de su energa

a otras partculas del fluido, producindose un flujo de fluido y de energa.

Normalmente la energa es almacenada en las partculas del fluido y se transporta como

resultado del movimiento de la masa.

La transferencia de calor por conveccin se clasifica de acuerdo con la forma de inducir el

flujo, considerndose:

Conveccin libre.

Conveccin forzada.


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2.2 CONVECCIN LIBRE

Generalmente se le conoce como conveccin natural. En sta el fluido se mueve a causa de

la diferencia de densidades producida por los gradientes de temperatura; las porciones ms

densas del fluido descienden, por accin de la gravedad, mientras las menos densas

permanecen suspendidas.

La conveccin libre es el mecanismo dominante del flujo de calor, en radiadores de vapor,

la perdida de calor del cuerpo humano en reposo en una atmsfera tranquila. Es tambin

responsable de las prdidas de calor en tubos que conducen vapor u otros fluidos calientes.

2.3 CONVECCIN FORZADA

La conveccin forzada se presenta cuando se efecta trabajo para impulsar o bombear un

fluido. Para el anlisis de la conveccin forzada se debe tener en cuenta la manera en que

fluye el fluido, es decir se debe determinar si el flujo es laminar o turbulento.

2.7 REQUISITOS PRELIMINARES

Consulte acerca de ajuste de curvas por mnimos cuadrados y teora de errores.

2.8 PRECAUCIONES

Utilice ropas adecuadas para el laboratorio.

Identifique el equipo de conveccin, las partes sobre las cuales se van a realizar las

mediciones, al igual que las superficies que puedan calentarse.

Evite tocar las superficies calientes.

Cualquier irregularidad comunquela al profesor encargado de la asignatura o al

dependiente del laboratorio.


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2.9 AUTOEXAMEN

Explique o deduzca, segn el caso:

a. Diferencia entre conveccin libre y forzada para aire, con ejemplos personales explique

los dos procesos de transmisin de calor.

b. Coeficientes de transmisin de calor por conveccin.

Indique, segn su concepto, el significado fsico y la influencia de dichos coeficientes.

c. Escriba formulas empricas para la conveccin libre en una placa vertical.

d. Importancia del nmero de Grashof en conveccin libre. Qu representa este nmero?

e. El nmero de Reynolds en procesos de conveccin natural y forzada. Limites escogidos.

f. Por medio del anlisis dimensional deduzca la frmula para conveccin libre desde una

placa vertical calentada.

g. Deduccin del coeficiente medio de transmisin de calor en conveccin forzada.

j. Significado del nmero de Reynolds y el nmero de Prandtl en la conveccin forzada.

k. Influencia del tipo de flujo (laminar o turbulento) en el calor transmitido por conveccin

forzada.

l. Conveccin forzada sobre placas planas y en superficies cilndricas.

m. Condiciones bajo las cuales se considera un flujo laminar o turbulento.

n. Relacionar entre los nmeros de Reynolds, Prandtl y Nusselt para las dos clases de flujo.

Significado de estos nmeros.

3. MATERIALES Y EQUIPOS

Figura 1. Equipo de conveccin.

Localizacin: Laboratorio de Transferencia de calor Universidad Nacional de Colombia, sede Bogot.


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Tabla 2. Equipos.

Cantidad Elemento

1 Equipo de conveccin

1 Termmetro digital

1 Termmetro

1 Cronmetro

Tabla 3. Materiales.

Cantidad Elemento

1 Recipiente para condensado

1 Probeta graduada

4. PROCEDIMIENTO

4.1 CONVECCION LIBRE

1. Conecte el equipo solo la parte electrnica, luego proceda a conectar la resistencia de

calentamiento.

2. Luego de que pasen 8 minutos, tome con la termocupla el valor de la temperatura en la

parte superior de la placa metlica.

3. Despus de esos 8 minutos y durante cada minuto tome el valor de las temperaturas

indicadas en la pantalla, en la tabla 4.

4.2 CONVECCION FORZADA

1. Conecte el equipo solo la parte electrnica, luego proceda a conectar la resistencia de

calentamiento.

2. Luego de que pasen 8 minutos, conecte el ventilador de la parte inferior, tome la

velocidad del mismo en el ducto y tome con la termocupla el valor de la temperatura en la

parte superior de la placa metlica.

3. Despus de esos 8 minutos y durante cada minuto tome el valor de las temperaturas

indicadas en la pantalla, en la tabla 5.


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5. TOMA DE DATOS

Tabla 4. Conveccin libre.

PRUEBA N T1

C

T2

C

T3

C

T4

C

T5

C

TIEMPO

MINUTOS

1 . . . . . 8

2 . . . . . 9

3 . . . . . 10

4 . . . . . 11

5 . . . . . 12

Tabla 5. Conveccin forzada.

PRUEBA N T1

C

T3

C

T4

C

T5

C

TIEMPO

MINUTOS

VELOCIDAD

PIES/MIN

1 . . . . . .

2 . . . . . .

3 . . . . . .

4 . . . . . .

5 . . . . . .

6. CARACTERISTICAS A OBTENER

6.1 CONVECCIN LIBRE

1. Calcule el coeficiente de transferencia de calor por conveccin para el sistema estudiado.

2. Calcule el coeficiente de transferencia de calor por radiacin.

3. Determine el coeficiente total de transmisin de calor.


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4. Represente grficamente el experimento (relacin del nmero de Nusselt vs GrPr).

Derive una ecuacin matemtica para la curva encontrada.

6.2 CONVECCIN FORZADA

1. Haga los mismos clculos pedidos en los numerales a,b,c, de la prctica anterior.

2. determine los nmeros de U y Re.

7. CUESTIONARIO

1. Cul es la diferencia entre el nmero de Reynolds para conveccin libre y

conveccin forzada?

2. Deduzca el coeficiente medio de transmisin de calor en conveccin forzada?

NOTA Cualquier duda se puede consultar el libro Transferencia de Calor de Yunus Cengel,

en su captulo correspondiente a conveccin forzada y natural.

BIBLIOGRAFIA

CHAPMAN, Alanj. Transmisin del calor. 3 ed. Madrid: Librera Editorial Bellisco.

1990.

GOODING, Nstor. Manual de prcticas operaciones unitarias II. 1 ed. Universidad

Nacional de Colombia. 1998. 138p.

KERN, Donald. Procesos de transferencia de calor. 14 ed. Editorial continental. 1980.

KREITH, Franck. Principios de transferencia de calor. 1 ed. Mxico. Herrera hermanos,

sucesores S.A, 1970.

MILLS, Anthony F. Transferencia de calor. Mexico: McGraw-Hill/Irwin, 1999. 932p.

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