UNIVERSIDAD NACIONALDEL CENTRO DEL PER

FACULTAD DE INGENIERIA QUIMICA

FENOMENOS DE TRANSPORTELABORATORIO N 03COMPORTAMIENTO DE UNA ALETA RECTA DE SECCIN TRANSVERSAL COSNTANTE TIPO AGUJA SOMETIDA A CONDUCCIN-CONVECCN

PRESENTADO A: - Ing. VILCA MORENO, Orlando PRESENTADO POR: CHAVEZ PAUCAR, Jos IDONE BERAUN, Miriam HUARANCCA MEZA, Y. Samanta RUTTI RICAPA, Gisela YACHACHIN MARCELO, rsula TOVAR MEDINA, Milagros MARMANILLO SERPA, Virginia DE LA CRUZ PONCE, Marivel ROMAN ADRIANO, Rebeca HUANCAYO PERU2014

I. RESUMEN

El presente informe tiene como objetivo principal estudiar el comportamiento de una aleta recta de seccin transversal constante, tipo aguja, sometida a conduccin-conveccin; y como objetivos secundarios el clculo del flujo de calor, la eficiencia de la aleta, el coeficiente convectivo as como la obtencin del perfil de temperaturas longitudinales.Para realizar dichos objetivos se hizo calentar la aleta tipo aguja con una cocinilla elctrica por treinta minutos, despus se midi las temperaturas a diferentes longitudes, as tambin se determin la temperatura del fluido (aire); con los datos obtenidos hallamos el flujo de calor, la eficiencia de la aleta, el coeficiente convectivo, los cuales fueron: JSHCSKDHVDHVND-VNVBVCB, respectivamente.

II. INTRODUCCIN

Es posible aumentar la transferencia de calor de un sistema aumentando su rea superficial por medio de aletas. Las aletas se usan cuando los coeficientes de transferencia de calor por convecciones bajo lo cual sucede a menudo en gases como el aire especialmente en condiciones de conveccin natural.Las superficies extendidas tienen amplias aplicaciones industriales como aletas fijas o anexadas a las paredes del equipo de transferencia de calor, como por ejemplo en radiadores de automviles, enfriamientos de equipos elctricos, en motores de combustin interna enfriados por aire, en intercambiadores de calor, etc. con el fin de incrementar la rapidez de calentamiento o enfriamiento. La transferencia de calor entre el metal y el aire resulta menos eficaz que desde el lquido al metal, por lo que se utilizan las aletas para aumentar la superficie global y compensar as el menor rendimiento metal-aire.

III. OBJETIVOS

3.1. OBJETIVO GENERAL Estudiar el comportamiento de una aleta recta de seccin transversal constante tipo aguja sometida a conduccin-conveccin.

3.2. OBJETIVOS ESPECIFICOS Obtener el perfil de temperaturas longitudinales en la aleta y compararlo con los resultados tericos. Calcular el flujo de calor transmitido. Calcular la eficiencia de la aleta. Determinar el coeficiente convectivo (h).

IV. MARCO TEORICO

4.1. ALETAS:Las aletas son superficies adicionales o extendidas que se instalan para incrementar el flujo calorfico desde un determinado componente hacia el medio que le rodea.Se usan las aletas o superficies extendidas con el fin de incrementar la razn de transferencia de calor de una superficie ,en efecto las aletas convexas a una superficie aumenta el rea total disponible para la transferencia de calor .En el anlisis y diseo de una superficie con aleta ,la cantidad de energa calorfica disipada por una sola aleta tipo geomtrico dado, se determina auxilindonos del gradiente de la temperatura y el rea transversal disponible para el flujo de calor en la base de la aleta.Las aletas pueden ser con secciones transversales rectangulares, como tiras que se anexan a lo largo de un tubo, se les llama aletas longitudinales; a bien discos anulares concntricos alrededor de un tubo, se les llama aletas circunferenciales .El espesor de las aletas puede ser uniforme o variable.Sobre todo se utilizan cuando el coeficiente de conveccin (h) entre el slido y el medio fluido es bajo, caso ste muy habitual en la transmisin de calor a gases y muy especialmente cuando se utiliza la conveccin natural. El bajo coeficiente de pelcula se compensa con un aumento en el rea expuesta al fluido.

Las formas que adoptan las aletas son muy variadas, y dependen en gran medida de la morfologa del slido y de la aplicacin concreta. La aleta se denomina "aguja" o "pin" cuando la superficie extendida tiene forma cnica o cilndrica. La expresin "aleta longitudinal" se aplica a superficies adicionales unidas a paredes planas o cilndricas. Las "aletas anulares" van unidas coaxialmente a superficies cilndricas (tuberas generalmente).

Al colocar aletas sobre una superficie primaria, la temperatura superficial media del conjunto resulta ser menor, por lo que al reducir la diferencia media de temperatura entre la superficie y el fluido, puede ocurrir que el aumento de superficie no produzca un incremento notable en el flujo de calor disipado o incluso que ste disminuya, es decir, que las aletas aslen trmicamente la superficie. Resulta importante pues, determinar el campo de temperaturas resultante al instalar las aletas.

4.2. TRANSFERENCIA DE CALOR DESDE SUPERFICIES EXTENDIDASExisten varias maneras de incrementar el flujo de calor disipado por una superficie expuesta a un fluido, ya sea aumentando la diferencia de temperaturas entre la superficie el flujo, aumentando el coeficiente de transferencia de calor o incrementando el rea (q = U A T). El incremento del rea se consigue mediante el uso de superficies extendidas (aletas).La forma de aumentar la transferencia de calor desde una superficie slida en contacto con un fluido, es aumentando el rea de dicha superficie metlica, para el cual se coloca en forma perpendicular materiales que pueden ser iguales o diferentes a los materiales de las superficies.Desde el punto de vista prctico, slo se justifica la colocacin de aletas o superficies extendidas cuando se cumple la siguiente relacin:

Dnde: h = Coeficiente de pelcula del fluido. P = Permetro de la seccin de la aleta A = rea de la seccin de la aleta K = Conductividad trmica

4.2.1. PARA PREDECIR LA ALETA A UTILIZAR SE DEBE ANALIZAR:

1. Espacio disponible.2. Cada de presin que podra producir la superficie extendida.3. La facilidad de su manufactura.4. El costo del material y su construccin.

4.2.2. PARA PLANTEAR LAS ECUACIONES QUE SE UTILIZARAN EN NUESTROS CALCULOS, SE SIGUE LA SIGUIENTE HIPTESIS:

1. Se considera conduccin unidimensional de calor a todo lo largo de la altura de la aleta.2. Se considera conduccin permanente de calor.3. El material usado se considera homogneo, K = constante; a no ser que se exprese lo contrario.4. La temperatura en la base de la aleta se considera constante y uniforme.5. La temperatura y el coeficiente pelicular del fluido que rodea a la aleta se considera constante y uniforme.6. Se desprecia el calor disipado por la punta de las aletas, salvo que se indique lo contrario y considerando tambin las dimensiones de la aleta.

La transferencia de calor por conduccin entre una superficie y el fluido que lo rodea puede aumentarse sujetando a la superficie fajas delgadas de metal llamadas aletas.

V. PARTE EXPERIMENTAL

5.1. MATERIALES Y EQUIPOS

1 Cocinilla elctrica 1 Termocupla 1 Termmetro 1 Cronometro 1 Aleta tipo aguja

5.2. PROCEDIMIENTO

Conectar la alimentacin elctrica y ajustar los restatos a la posicin deseada. Dejar transcurrir el tiempo necesario (30 min) hasta que todas las temperaturas sean estables, es decir hasta que alcance el rgimen permanente en la transmisin de calor. Anotar las temperaturas en los distintos puntos de la aleta y la temperatura del ambiente (fluido).

VI. DATOS EXPERIMENTALES Tabla n1: Datos de la superficie extendidaMATERIALFierro

DIMETRO 0.012

LONGITUD 0.452

CONDUCTIVIDAD TRMICA80.2W/(mK)

Tabla n 2: temperatura del fluido y de la base de la paredL(m)

0297.15306.15297.15307.15297.15309.15

0.051297.15302.15297.15303.15297.15303.15

0.152297.15300.15297.15301.15297.15302.15

0.25297.15300.15297.15300.15297.15301.15

0.35297.15299.15297.15300.15297.15300.15

0.452297.15298.15297.15299.15297.15299.15

L(m)T pared promedio (K)T del fluido (K)

0307.48297.15

0.051302.82297.15

0.152301.15297.15

0.25300.48297.15

0.35299.82297.15

0.452298.82297.15

VII. CALCULOS

* Hallando y *Datos de tablas del aire a 297.15 K

297.151.18721.00692182.815.8626.3

CorregirParmetros Valores de las tablas

Viscosidad

Densidad

Capacidad calorfica

Gravedad

Conductividad trmica

1. Hallando para x=0.051 m Calculando la temperatura de la pelcula.

Hallando el valor de

Calculamos el Nmero de Grashof :

Calculando el nmero de Prandtl:

Calculando el nmero de Rayleigt :

Ahora calculamos h:

*Donde C y n son constantes que se encuentran en tablas para un valor aproximado de Ra los cuales son:C = 0.59n= 0.25

Hallamos el valor de M:

Calculamos la eficiencia de la aleta:

La distribucin de temperaturas a lo largo de la longitud de la aleta a una distancia x:

HALLANDO Q:

VII. RESULTADOSVIII. CONCLUSIONES

Se estudi el comportamiento de una aleta recta de seccin transversal constante tipo aguja sometida a conduccin conveccin. Se obtuvo el perfil de temperaturas longitudinal en la aleta. Se calcul el flujo de calor transmitido. Se calcul la eficiencia de la aleta.

IX. BIBLIOGRAFIA

1. http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Nusselt2. "Transferencia de calor." Microsoft Encarta 2007 [CD]. 3. http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Sherwood4. http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Rayleigh5. R. B. Y OTROS, fenmenos de transporte6. http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Prandtl7. www.google.com8. http://es.wikipedia.org/wiki/N%C3%BAmero_de_Grashof

X. ANEXOS*Para la transferencia de calor se fabrica una gran variedad de aletas de forma geomtrica diferente.

10.1. TIPOS DE ALETAS:

ALETAS DE SECCIN TRANSVERSAL CONSTANTE:

ALETA RECTANGULAR

ALETA CIRCUNFERENCIAL

ALETAS DE SECCIN TRANSVERSAL VARIABLE:

ALETA TRIANGULAR

ALETA TRAPEZOIDAL