RESUMEN TEORICO

CONVECCION

La convección necesita un medio material fluido para transferir el calor.

Si llega a existir una diferencia de temperatura en un fluido, éste se moverá.

El movimiento de las moléculas lleva el calor desde una parte del fluido a otra.

La convección natural es el movimiento del fluido debido exclusivamente a la diferencia de temperatura en él. Ejemplo de este tipo de convección es el movimiento ascendente del aire caliente alrededor del fuego. La convección explica el movimiento de las nubes y los vientos, las corrientes del mar, etc.

La convección forzada transfiere el calor debido a otras fuerzas que mueven el fluido, como el efecto de un ventilador, extractor o una bomba.

Un ejemplo cotidiano donde recurrimos a la convección forzada es cuando soplamos los alimentos calientes para enfriarlos más rápido.

COEFICIENTE DE CONVECCION (h = α)

El coeficiente de convección depende de muchos factores, entre ellos: la viscosidad dinámica, la conductividad térmica, la densidad, el calor específico, la velocidad del fluido, la configuración geométrica y varios

parámetros más. Por esto, se espera que las relaciones de transferencia de calor por convección sean complejas ya que, aparte de todas las variables involucradas, la convección es un mecanismo más complejo que la conducción y la radiación.

Metodologia en el laboratorio

Convección libre

Para poder efectuar la medición del coeficiente de transferencia de calor por convección libre a través de datos ya conocidos como la diferencia de temperaturas existente entre las placas (las que fueron medidas con termocuplas), el calor suministrado que fue equivalente a 29[W] y el área de la placa del módulo intercambiador fue necesario trabajar con el extractor apagado para que así se efectúe una transferencia de calor por convección libre. Con los datos obtenidos se calculó el coeficiente.

Convección forzada:

En este procedimiento se encendió el extractor y se realizaron las mediciones a diferentes velocidades, las cuales fueron arrojadas por el programa computacional Virtual Bench Logger. Este programa mostró la variación de la temperatura respecto al tiempo las cuales fueron medidas cuando la gráfica mostraba una tendencia constante. Después aumentamos la velocidad del viento, lo que hacía cambiar la temperatura. Se registraron los diferentes valores obtenidos en la tabla de resultados. Se calcularon los coeficientes con estos datos, con el área y con la potencia conocidas en el procedimiento anterior.

Después de esto la velocidad volvía a cambiar y por lo tanto también la temperatura

Parte franco pinpon

OBSERVACIONES Y DISCUSIONES

De la ecuación TAMBIÉN FALTA VER EL NÚMERO DE LA ECUACIÓN 1) Q=h*A(Tw-Tinfinito)

Para el caso de la convección natural y considerando que la velocidad de propagación de calor es constante (Q=cte) y que la temperatura del ambiente es constante. si se hacen mediciones sucesivas se observará un aumento del coeficiente de convección cómo medida de igualación para la disminución provocada por la disminución de la temperatura sobre la placa de aluminio.

De la ecuación TAMBIÉN FALTA VER EL NÚMERO DE LA ECUACIÓN 1) Q=h*A(Tw-Tinfinito)

Para el caso de la convección forzada se observa que a medida que aumenta la velocidad del aire, la variación de temperatura irá decreciendo (por considerar el ambiente constante y que la pérdida de calor real en la placa hace disminuir la temperatura sobre la pared de la misma) y como se considera constante la velocidad de transferencia de calor (Q=29 watt) y el área (A) para la realización de la experiencia;

la única forma de mantener la igualdad 1) es que aumente el coeficiente de convección (h)

Se debe decir que tanto para el caso de la convección natural como forzada existe una diferencia entre los valores teóricos y experimentales que es afectada y causada por la omisión de varios factores, como por ejemplo:

- La omisión del calor que se expele por radiación durante el proceso.

- Los errores de aproximación en que se incurre al realizar los cálculos para la obtención de los coeficientes de convección.

- La disminución de exactitud en el cálculo de los números adimensionales, debido a que se extrajo valores de propiedades de la tabla de aire (ver anexo 1).

- La suposición de que la conductividad térmica (K) del aire es constante en todas direcciones para cada temperatura en la cual fue calculada.

- La consideración de que la temperatura del aire circundante (ambiente) se mantiene constante durante todos los procesos.

Se observa además que por las razones anteriormente dadas, para el caso de la convección forzada, se justifica que los crecimientos de los resultados experimentales sean mayores en proporción a los resultados teóricos durante cada experiencia.

CONCLUSIÓNES

Para el caso de convección libre o natural se concluye que si se hiciese continuamente menor la temperatura del ambiente habría una menor transferencia de calor por convección.

Se concluye que como la convección natural se deja influenciar sólo por las condiciones del ambiente o naturaleza, ésta depende en gran medida de la diferencia de temperaturas, en el caso estudiado de la temperatura de la pared de la placa, ya que ésta influye sobre las condiciones y propiedades del fluído durante el proceso, tales como la densidad del fluído, el calor específico, la viscosidad dinámica, entre otras. Se concluye que un aumento en la temperatura de la placa Haría disminuir el coeficiente de convección natural.

Se concluye que para el caso de la convección forzada a medida que pase el tiempo y bajo los continuos aumentos de velocidad el coeficiente de convección deberá aumentar, lo que se comprueba de manera experimental y teórica.

A través de lo estudiado en este laboratorio Se concluye que cuando se realiza convección forzada la transferencia de calor es mayor que cuando se realiza convección natural, el efecto se produce porque al aumentar la velocidad del aire (convección forzada) aumenta el caudal de aire (fluye más masa por unidad de tiempo), lo que produce una mayor transferencia de calor de la placa hacia el medio,

todo esto debido a la continua renovación de masas de aire, es decir un mayor enfriamiento.

Parte jaris

RESULTADOS OBTENIDOS PARA CONVECCIÓN LIBRE (NATURAL)

A continuación se determinará el coeficiente de transferencia de calor por dos métodos distintos, el método teórico y el método empírico, luego se compararán para posteriormente analizarlos.

Método Empírico:

Usando los datos medidos se calculó el coeficiente de transferencia de calor por convección libre (h) mediante:

h= QA (th−ta)

Método Teórico:

Para calcular el coeficiente de transferencia de calor por este método se siguieron ciertos pasos que se darán a conocer a continuación:

Determinación del numero Grashof (Gr) mediante la siguiente fórmula:

Gr=β×g× ρ2×L3×(th−ta)

μ2

Donde:

β = Coeficiente de expansión volumétrico del aire. [ 1/°c]

g = Aceleración de gravedad. [m/s2] ρ = Densidad del aire. μ = Viscosidad del aire.

Los valores de (NOMBRAR VARIABLES) pertenecientes al número Grashof se obtuvieron mediante interpolación de datos de la tabla de aire (Anexo 1)

Con el valor obtenido por el numero Grashof se corroboró si se trata de un flujo laminar o turbulento mediante las siguientes relaciones:

Flujo Laminar:

104<Gr<109

De ser flujo laminar, el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección (h) se determinara por la siguiente fórmula:

h=1.42×(th−ta)L

×14

Donde: L=(X+Y )2

Siendo X la altura de la plancha y Y el ancho, ambos valores en metros.

Flujo Turbulento:

109<Gr<1012

De ser flujo turbulento, el valor del coeficiente de transferencia de calor por convección (h) se determinara por la siguiente fórmula:

h=1.31× ( th−ta )× 13

TABULACION DE DATOS OBTENIDOS:

Datos principales:

Potencia de Entrada Q(w)

Temperatura Superficie (th)

Temperatura ambiente

29 90 23.7

Método Empírico:

Th-Ta(°c) H (w/m2.k)66.3 36.76

Método Teórico:

N° Grashof H (w/m2.k)

1566646301 28,96

RESOLUCIÓN DE LA OBTENCIÓN DE DATOS:

DESARROLLO MATEMATICO