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LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL

FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR II

PRÁCTICA N° 2

TÍTULO: Convección Forzada

GRUPO N°: 7

INTEGRANTES: NOTA:

- Aluisa Gómez Ricardo David ………

- Chiguano Niquinga Alex Omar ………

- Chusin Cayo Mario Fabián ………

- Pozo Peñaherrera Willer Wladimir ………

- Romero Fuentes Eduardo Felipe ………

FECHA DE REALIZACIÓN: 23/04/2015

FECHA DE ENTREGA: 30/04/2015

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I. TEMA: Convección Forzada

II. OBJETIVOS:

Evaluar las características termo físicas de diferentes superficies extendidas. Obtener las curvas de distribución de temperatura experimentales para

diferentes tipos de aletas. Evaluar los datos experimentales con los datos obtenidos por el método de

elementos finitos y los datos teóricos. Determinar el coeficiente de convección global para el equipo. Determinar la eficiencia de cada una de las superficies extendidas.

III. MARCO TEÓRICO:

IV. PREGUNTAS:

a. ¿Por qué se utiliza agua en vez de mercurio en los medidores de presión?

La razones principales para la utilización de medidores de presiones a base agua en vez de la del mercurio es el costo, la facilidad de construcción, y no son peligrosas en caso de romperse el medidor. La principal desventaja está en que es necesario calibrar con regularidad ya que el medidor de agua es generalmente abierto a la atmosfera y como consecuencia se descalibra por la evaporación del fluido. [1]

b. ¿El equipo de convección forzada es un sistema cerrado o abierto?. Explique.

Un sistema cerrado es aquel sistema que permite la transferencia de calor y no de masa. En cambio un sistema abierto es aquel que permite la transferencia de calor y de masa. [2]

El equipo de convección forzada es un sistema abierto, ya que en ella existe una transferencia de masa (flujo másico de aire) y una transferencia de calor (calentamiento del flujo másico).

c. En función de los datos de presiones diferenciales tomadas, mencione cual presento mayor caída de presión y explique porque.

El elemento de mayor caída de presión fue la tobera, esto se debe al aumento de velocidad y una reducción alta de presión en dicha zona, sin embargo la caída de presión defiere poco de la placa orificio, ya que estas dos zonas existen existen variaciones de presión debido a la variación de la área transversal de la tubería.

d. ¿Cómo optimizaría el diseño del calentador eléctrico del equipo de convección forzada del laboratorio?

Para la optimización del diseño del calentador se debería realizar simulaciones con la ayuda de programas avanzadas, con lo cual se podría probar con diferentes materiales

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en su diseño, así como las diferentes materiales de aislamiento de tubo. Una vez obtenida las simulaciones realizar una curva característica de equipo con las diferentes variables que permiten el funcionamiento de la misma. Finalmente, seleccionar la que se adapte más a nuestras posibilidades económicas, facilidad de construcción, facilidad en la obtención de los materiales para la construcción, entre otros parámetros.

V. ELABORACIÓN DEL CUADRO DE DATOS:

VI. CÁLCULOS:

a. Calcular el valor de la temperatura media de la superficie del conducto

circular Ts.

b. Usando las ecuaciones correspondientes calcular: p, m, Qgan, Pot, Qper,

Qrad, ho1, NuD, ReD. (Ejemplo de cálculo)

VII. TRABAJOS:

a. ¿Cuáles son los tipos de medidores de caudal por cambio de presión?

Placas de orificio: Es una placa perforada que se instalada en la tubería, puede ser: concéntrico, excéntrico y segmental, y a su vez con perfiles de orificio de cantos vivos, cuarto de circulo y entrada cónica. En el laboratorio se utiliza la placa orificio concéntrico con perfil de cantos vivos. [3]

Figure 1. Perfil de cantos vivos

El principio de funcionamiento es que la velocidad de un flujo disminuye cuando aumenta la presión y viceversa. Esta variación de velocidad y de presión se logra con la disminución del diámetro de la placa.

Toberas: presenta una entrada curvada que se prolonga en un cuello cilíndrico. La caída de presión es similar a la que se presenta la placa orificio.

Tubos Venturi: Esta tiene 3 secciones a mencionar, una entrada cónica convergente en la que la sección transversal disminuye, una sección cilíndrica y una sección de salida cónica divergente. En la primera zona existe un aumento de velocidad y una disminución de presión, en la segunda zona se la velocidad y la presión se mantienen prácticamente constantes y en la tercera zona existe una disminución de velocidad con el respectivo aumento de presión. El cambio de velocidad y presión en las diferentes zonas se debe por la variación del diámetro del tubo venturi.

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Figure 2. Tubo Venturi

Tubos Pitot: Sirve para medir la presión y la velocidad de circulación de un fluido en una tubería. En su forma más sencilla, consiste en un pequeño tubo con la entrada orientada en contra del sentido de la corriente del fluido. [3]

Figure 3. Tubos Pitot

Tubos Annubar: Es una modificación del tubo de Pitot, compuesto por un tubo exterior con algunos orificios, que permiten interpolar los perfiles de velocidad y realizar un promedio, y con 2 tubos interiores que permiten medir la presión total y la presión estática.

Codos: Cuando un fluido circula por el codo de una tubería, está sujeto a una aceleración angular. La fuerza centrífuga resultante crea una presión diferencial entre el radio interior y el radio exterior.

Medidores de área variable: Estos medidores permiten aumentar el área eficaz de flujo con el caudal, con lo cual mantienen una presión diferencial constante.

Figure 4. Medidor de área variable

Medidores de placa: Una placa circular está ubicada en el centro de la tubería a través de una barra normal al flujo.

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Figure 5. Medidor de placa

Ventajas de medidores de presión diferencial

Su sencilla implementación.

Económicos

Fácil manejo

Diseño simple

Abundantes aplicaciones

Desventajas de medidores de presión diferencial

Rango de medición de presiones limitadas

Pueden provocar pérdidas de cargas significativas

Pueden ser zonas de acumulación de sedimentos

Son zonas donde existe mayor posibilidad de producir erosiones, por las aristas vivas.

Bibliografía

1. Conocimieto. ¿Qué es un barometro de agua? [En línea] http://www.slickpalm.com/que-es-un-barometro-de-agua/.

2. IQA, ChemEng. Ejemplos de sistemas abiertos, cerrados y aislados. [En línea] 16 de Julio de 2014. https://www.youtube.com/watch?v=hWHGXDV1zMk.

3. García, Luis. TEORÍA DE LA MEDICIÓN DE CAUDALES Y VOLÚMENES DE AGUA. Madrid, España : s.n.

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Conclusiones

El instrumento de medición de presiones en base a un fluido como el agua o el mercurio, debe tener ciertos parámetros a considerar, como el costo de adquisición, la seguridad y la precisión en la medición. Siendo el de uso industrial el de mercurio por su precisión y el agua como un medidor didáctico, utilizado en la mayor parte de las universidades, esta requiere una calibración constante en cuanto a la precisión.

Para optimizar cualquier equipo de transferencia de calor y de masa, se debe tomar en cuenta factores como el material de fabricación y la aplicación de dicho equipo, por lo que en el diseño y construcción es necesario incluir la parte de simulación numérica, ya que de esta manera se puede optimizar el equipo a una bajo costo al seleccionar el material adecuado para los requerimientos de la misma.

El uso de medidores de presiones diferenciales tienes ciertas ventajas y desventajas por lo que el Ingeniero Mecánico debe tomar en cuenta ciertos parámetros de funcionamiento, para la implementación correcta de los medidores de presión en los equipos.

Recomendaciones

En la realización de la práctica se debe tener en cuenta el funcionamiento de cada una de los elementos que conforman el equipo, esto con la finalidad de realizar el procedimiento correcto para tomar los datos y evitar cualquier daño al equipo.

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VIII. ELABORACIÓN DE GRÁFICOS

a. Graficar la curva de variación de temperatura a lo largo de la superficie de la

tubería

b. Graficar la ecuación T t ( x )=T me+qs 1∙ P ∙ x

m∙ Cp

+qs 1 ∙ D1

h0 1∙ D0

variando x desde 0 hasta

1.5 [m]

c. Elaborar un perfil de temperaturas para el aire con los valores obtenidos a la

salida del calentador y determine el valor de la temperatura media Tmo.

IX. ANÁLISIS DE RESULTADOS:

X.

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XI. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Mario Chusin

Conclusiones:

.

.

.

Recomendaciones: . .

Wladimir Pozo

Conclusiones:

. . .


Eduardo Romero

Conclusiones:

. . .


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Alex Chiguano

Conclusiones:

. . .


Ricardo Aluisa:

Conclusiones:

. . .


XII. BIBLIOGRAFÍA

1. J.M. Corberán, R. Royo. UPV. Superficies Extendidas. [En línea] 2001. [Citado el: 28 de Abril de 2015.] http://www.upv.es/upl/U0296617.pdf.

2. Inzunza, Juan. Transferencia de Calor. Mecanismos de Transferencia de Calor. [En línea] sf. [Citado el: 28 de Abril de 2015.] http://old.dgeo.udec.cl/~juaninzunza/docencia/fisica/cap14.pdf.

3. Netto, Ricardo. Fisicanet. Transferencia de Calor. [En línea] s.f. [Citado el: 28 de Abril de 2015.] http://www.fisicanet.com.ar/fisica/termodinamica/ap08_transferencia_de_calor.php.

4. Conocimieto. ¿Qué es un barometro de agua? [En línea] http://www.slickpalm.com/que-es-un-barometro-de-agua/.

5. IQA, ChemEng. Ejemplos de sistemas abiertos, cerrados y aislados. [En línea] 16 de Julio de 2014. https://www.youtube.com/watch?v=hWHGXDV1zMk.

6. García, Luis. TEORÍA DE LA MEDICIÓN DE CAUDALES Y VOLÚMENES DE AGUA. Madrid, España : s.n.

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XIII. ANEXOS (Hoja de datos escaneada, …, etc)

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