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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBAL DE HUAMANGA

FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y METALURGIA

E.F.P. Ingenier en In!"#$ri# A%i&en$ri#

PR'CTICA N()*

+CONVECCIN FORZADA

CURSO : Transmisin de calor / (AI-441)

DOCENTE ,Ing. Ral Ricardo Vel !lores

ALUMNA ,"A#A$%I !&R'A'&* 'ora

+",+A $A'TIA* esi "arel0

GRUPO LAB , 2e3es 5:-6: 7oras

A-"/0 1 Per2

3)45

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INTRODUCCION

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I. OBJETIVOS

Estudiar el fenmeno de transmisin de calor por conveccin natural

Determinar el coeficiente global de transmisin de calor agua - aire.

Verificar los resultados experimentales con los obtenidos a partir de lasconclusiones experimentales- tericos.

II. REVISIN BIBLIOGRFICA

2.1. CONVECCIN: Es un proceso de transferencia de calor de una parte de

un fluido de alta temperatura a otro de baja temperatura mediante el

almacenamiento de energa, movimiento y desplazamiento de las molculas. !a

aplicacin pr"ctica se presenta entre un slido #superficie slida$ y un fluido,

(ARONS).

2.2.1CONVECCIN FORZADA.-El movimiento del fuido se debe a

uerzas externas, en la que se provoca el fujo de un fuido

sobre una supercie slida por medio de una bomba, un

ventilador u otro dispositivo mecnico, (ARONS), Fluidos

calientes y ros, separados por una rontera slida se acen

circular a trav!s del equipo de transmisin de calor, y la

velocidad de transmisin de calor es en uncin de las

propiedades sicas de los fuidos, las velocidades de fujo y la

orma "eom!trica del sistema #En "eneral, el fuido es

turbulento y el fujo varia en su complejidad desde tubos

circulares a intercambiadores de calor en tabiques refectores y

a supercies extendidas de fujo varia en su complejidad,

(YUNUS A. CENGEL, 2004).$a conveccin orzada es infuida

por la tensin supercial del fuido, (DONALD, 1999).

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%gua TW & sale & acumulado & %ire

Tw0 !0"C Ta=18 C

COEFICIENTE CONVECTIVO DE TRANSFERENCIADE CALOR

!os coeficientes de conveccin son funcin de la geometra del sistema, de las

propiedades del fluido, de la velocidad del flujo y de la diferencia de temperaturas.

Estas se denominan experimentalmente. En muc'os casos existen correlaciones

empricas para predecir este coeficiente, pues es muy com(n )ue no pueda determinarse

por medios tericos. *uesto )ue sabemos )ue, cuando un fluido fluye por una

superficie, existe una capa delgada casi estacionaria adyacente a la pared )ue presenta la

mayor parte de la resistencia de la transferencia de calor+ muc'as veces, a ' se le llama

coeficiente de pelcula, #%/0$. Es un 'ec'o muy conocido )ue un material se

enfre con muc'a mayor rapidez cuando se sopla sobre l o se le aplica una corriente de

aire. 1uando el fluido )ue rodea a la superficie del slido tiene un movimiento de

conveccin natural o forzado, la velocidad de transferencia del calor del slido al fluido

#o viceversa) se expresa mediante la siguiente ecuacin2

Q=h A s (TsT )=(TsT )

1/h A s

Q=h % (TwTf)

D#$%&:

':Es la velocidad de transferencia de calor en 3.

A: Es el "rea en m4.

Tw2Es la temperatura de la superficie del slido en 5.

T2 Es la temperatura promedio o general del fluido en 5 y ' es el coeficiente

convectivo de transferencia de calor en 36m4 .5

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El coeficiente ' es una funcin del sistema, de las propiedades del fluido, de la

velocidad del flujo y de la diferencia de temperatura. En muc'os casos correlaciones

empricas para predecir este coeficiente, pues es muy com(n )ue no pueda determinarse

por medios tericos, (GEANO*LIS+ 1,,-).

DEDUCCION DE LA ECUACION.

Figura

N1:7*ara una

pared plana8

Ecuacin de balance general de energa2

QEntrada+QGenera=QAcumulacin+QSalida (3.1)

Donde+

Eentra= velocidad de energa trmica )ue entra por la superficie de control

Esale= velocidad de energa trmica )ue sale por la superficie de control

Eacumulada= velocidad de energa trmica )ue acumula por la superficie de control

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E generada= velocidad de energa trmica )ue se genera energa por consiguiente la

ecuacin #9.:$ )ueda reducida

E sale=Eacumulada;;;;;.#9.4$

Q sale=Qacumulada ;;;;;. #9.9$

VELOCIDAD DE ENERGIA TERICA 'UE SALE DEL SISTEA

!a velocidad de transferencia de calor se lleva a cabo a travs de la superficie de control

)ue es el "rea de transferencia de calor como el "rea externa es m"s grande )ue el "rea

interna 'ay )ue definir con )ue se desea trabajar, como nuestro objetivo es determinar el

coeficiente global de transferencia de calor externo, debemos trabajar con el "reaexterna.

%e< 4 r e=< De=

Donde,

De> diametro externo del tan)ue

=< altura del agua contenida en el tan)ue

E//#$ %&3 %4&5# 67 3 87$4&7&$/ %& /3#7

QSale=UeA e (TWTa) ;;;.. #9.?$

VELOCIDAD DE CABIO DE LA ENERGIA TERICA ACUULADA

El proceso de enfriamiento se lleva a cabo dentro del tan)ue donde la temperatura del

agua disminuye y vara su contenido energtico. El termino acumulacin se refiere al

calor sensible )ue experimenta el agua de enfriamiento.

Qacumulado=d (mCT w)

dT ;;;; #9.@$

!a masa, del agua en el tan)ue no vara y considerando )ue el calor especfico del agua

del tan)ue no vara con la temperatura la ecuacin #9.@$

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Qacumulado=

mCdTw

dt (3.6)

Remplazando (3.4) y (3.6)

mCd tw

dt=UeA e (TWTa)

d tw

(TWTa)

=UeA e

mC

dt ..(3.7)

d tw=d (TWTa ) (3.8)

Reemplazando la ecuacin () en (a):

d (TWTa )(TWTa)

=UeAemC

dt #9.A$

Bntegrando la ecuacin anterior.

TW=TW0

TW=TW d (TWTa )(TW

0

Ta)=

UeA em C

t=to=0

T=t

dt ;;. #9.:>$

ln [ (TWTa )(TW0

Ta) ]=UeA e

mCt ;;..#9.::$

Bgualando a una ecuacin lineal.

!=a+"#

!="#

!=ln

[(TWTa )

(TW0Ta)

]

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"=UeAemC

=endiente

En el semilogaritmico se obtiene una lnea recta cuya pendiente es igual a

a= UeAe2.3026m C

IV) ATERIALES 9 E'UI*OS

1. E6# %& 8&7;#488# ecipiente cilndrico de aluminio agua

termmetros e)uipo de baCo mara balanza analtica probetas cronometro

V) *ROCEDIIENTO E$ %&3 ? C#$=&//>$ %&3 7&

F#7@% atural

N873 forzada

#7@% forzada

!a metodologa del proceso a seguir es idntica para los tres experimentos, los cuales se

resume en las siguientes pasos.

:. edir el di"metro interno y externo del recipiente del aluminio para determinar

el espesor.4. calentar agua en el termostato y transferir m"s o menos :@>>ml lleno al

recipiente cilndrico,9. pesar el recipiente cilindro vaco luego con el contenido del agua caliente, la

diferencia de masas, es la masa de agua utilizada para el experimento?. medir la altura del contenido de agua de enfriamineto, )ue conjuntamente con el

Denos permitir" determinar el "rea de transferencia de calor #%e< De=$.

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@. colocar un termmetro dentro del contenido del agua caliente para poder medir

la temperatura de enfriamiento y colocar otro termmetro cerca al recipiente

para poder medir la temperatura del aire.F. *ara la conveccin forzada del agua caliente )ue se enfra, utilizar el agitador

para creas turbulencia en el fluido midiendo primero el di"metro del rodete y

leyendo en el e)uipo el n(mero de revoluciones de giro del rodete.G. *ara la conveccin forzada del aire utilizar el ventilador con su respectivo

regulador de flujo.H. 1omenzar el experimento #tiempo ceroA con una temperatura DE! %IJ%

cercana a F>Kc y medir la temperatura del aire del medio ambiente.A. medir la temperatura de enfriamiento del agua cada tres minutos por el tiempo

de @> min para cada uno de los tres experimentos.

VI) CALCULOS

DATOS 9 CALCULOS E

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#1$ no era la misma temperatura para otra condicin como por

ejemplo %gua #1$ - %ire #1L$ )ue en realidad es una temperatura m"s

baja )ue la anterior, por esto cabe recalcar la importancia de este valor

de temperatura tomado. 0abemos )ue a mayor revolucin mayor sera la transferencia de calor

'acia el agua fra, pero como se observan los valores de J #coeficiente

global de transmisin de calor$, de las dos revoluciones observamos

)ue es al revs, esto fue tal vez debido a )ue no se puso un aislante en la

parte superior del recipiente, es por eso )ue a mayor revolucin mayor

prdida de calor 'acia el medio ambiente, por ende mayor es la

transferencia de calor del baCo ara 'acia el contenido de agua del

vaso precipitados. 0e sabe )ue la transferencia de calor a mayor revoluciones por minuto

es mayor, pero en la pr"ctica se determin )ue es a mayor revoluciones

es menor, lo cual se puede decir )ue como se realiz la gr"fica

manualmente se determin mal la pendiente.

En la parte de los c"lculos falta el tiempo es por esta razn )ue los datos

no coinciden con los experimentarles ya )ue el docente encargado le

falta mencionar, por ello esa parte no se pudo concretar.

II. CONCLUSIONES:

0e logr conocer el fenmeno de transferencia de calor por

conveccin forzada en un sistema aire agua.

*udimos determinar el coeficiente global de transmisin de calor

agua- aire.

VII. RECOENDACIONES:

1ontar con todos los materiales a disposicin, para realizar los

resultados.

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VIII. BIBLIOGRAFA

ARONS EDINA+ E%?7. 200 Mransferencia de 1alor. Jniversidad

acional 0an 1ristbal de =uamanga. Lacultad de Bngeniera &umica N

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cuarta edicin. 1ompaCa Editorial 1ontinental, 0.% de xico8. *"g. :H>

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