Resumen
Laboratorio de Ingenieria Quimica I
RESUMENEl presente informe trata de la determinacin del
coeficiente de transferencia de calor (h) y la conductividad trmica
(k) de dos materiales diferentes como el aluminio y el cobre.
El proceso de transferencia de calor de la experiencia se lleva
a cabo entre un slido y un fluido , utilizando slidos cilndricos de
cobre y aluminio de dimensiones (LCu=15.9cm, dCu=5.02cm y LAl=
15.088cm, dAl= 5.01cm) respectivamente y como fluido el agua , el
cual se mantiene a una temperatura constante ( T=22 C ) .Los
resultados que se obtiene de la conductividad trmica en el caso del
cobre es mucho mayor que el caso del aluminio , donde los valores
obtenidos se encuentran entre (398.9488 y 381.73 W/m.K) para el
Cobre y ( 239,238 a 239,244W/m.K) para el Aluminio . Habiendo
obtenido tambin el coeficiente de transferencia de calor cuyo valor
se encuentra entre ( 793.9 y 855 ) para el Cobre y ( 866.6 y 960
)para el Aluminio.INTRODUCCION
La transferencia de calor al estado inestable o transitorio,
difiere del estado estable por la variacin de la temperatura con el
tiempo. As el tiempo como una variable mas, tiene que agregarse a
las variables del estado estable.
Se disponen de dos caminos, para llegar a la solucin del
problema que se nos presenta en esta practica. Uno seria por
calentamiento y el otro por enfriamiento del slido metlico. Para
nuestro caso se usara el segundo mtodo.
Como la aplicacin de la teora de este proceso en forma exacta,
para propsitos prcticos es complicada, y a menudo las condiciones
de operacin no corresponden a las relaciones analticas obtenidas,
este trabajo esta utilizando mtodos iterativos, con el fin de
resolver el problema que presentan los cuerpos metlicos, de
diferentes formas geomtricas y condiciones limitantes ;sin embargo
en la experiencia se emplea slidos de igual geometra para poder
comparar los valores del coeficiente de transferencia de calor ( h)
obtenidos .Objetivo: La finalidad de este trabajo es proporcionar
informacin relacionada con la transferencia de calor en estado
inestable, determinar el coeficiente de transferencia de calor y la
conductividad trmica de un slido metlico, cuya densidad y capacidad
calorfica se conocen.
PRINCIPIOS TEORICOSTRANSFERENCIA DE CALOR
Es aquella forma de energa que se transmite gracias a una
diferencia de temperaturas. Si 2 cuerpos se hallan en contacto, el
calor se transmite de uno al otro directamente por conduccin.
Cuando no estn en contacto hay tambin una transmisin de calor, bien
sea por conveccin o por radicacin.
MODALIDAD DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR
Existen tres formas de transmisin trmica: conduccin, radiacin y
conveccin. A continuacin se definen estos trminos:
a. La conduccin trmica, es la transferencia de calor en el
interior de un medio material; en los slidos, particularmente en
los metales. La energa se transmite por comunicacin molecular
directa sin desplazamiento apreciable de las molculas; de acuerdo
con la teora cintica, la temperatura de un elemento de materia es
proporcional a la energa cintica media de sus constituyentes
moleculares. La energa que posee un elemento de materia debido a la
velocidad y a la posicin relativa de las molculas recibe el nombre
de energa interna.
b. La radicacin trmica, es un proceso por el cual fluye calor
desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja
temperatura, cuando stos estn separados por un espacio que incluso
puede ser el vaco, el trmino radiacin generalmente aplicado a todas
las clases de fenmenos de ondas electromagnticas, pero en
transferencia de calor nicamente son de inters los fenmenos que son
resultado de la temperatura y por medio de los cuales se establece
un transporte de energa a travs del espacio. La energa transmitida
en esta forma recibe el nombre de calor radiante.
c. La conveccin trmica, es la transferencia de calor entre una
superficie slida y un fluido. Se trata de una modalidad combinada,
ya que el calor de la interfase slido el fluido se transfiere por
conduccin mediante colisiones o choques entre las molculas del
slido y las del fluido. Como resultado de estas acciones se produce
en el fluido un cambio de temperatura, y en consecuencia, una
variacin de la densidad, de lo que resulta un movimiento del
fluido. Ocurre un proceso de mezcla de las diversas proporciones a
alta y baja temperatura en dicho fluido, y se transfiere as la
energa trmica por transporte de masa de fluido.
METODO DE LA RESISTENCIA INTERNA DESPRECIABLE:
La conduccin transitoria es aquel en que un slido experimenta un
cambio sbito en su ambiente trmico. Considere una pieza forjada de
metal caliente que inicialmente est a una temperatura uniforme Ti y
que se templa por inmersin en un lquido de temperatura ms baja T(
< Ti (figura 1) . Si decimos que el templado comienza en el
tiempo t = 0, la temperatura del slido disminuir en el tiempo t
> 0, hasta que finalmente alcance T(. Esta reduccin se debe a la
transferencia de calor por conveccin en la interfaz
slido-lquido.
La esencia del mtodo de resistencia interna despreciable es la
suposicin de que la temperatura del slido es espacialmente uniforme
en cualquier instante durante el proceso transitorio. Esta
suposicin implica que los gradientes de temperatura dentro del
slido son insignificantes.
De acuerdo con la ley de fourier, la conduccin de calor en
ausencia de un gradiente de temperatura implica la existencia de
una conductividad trmica infinita. Esta condicin es claramente
imposible. Sin embargo, aunque la condicin nunca se satisface de
forma exacta, se acerca mucho a ello si la resistencia a la
conduccin dentro del slido es pequea comparada con la resistencia a
la transferencia de calor entre el slido y sus alrededores. Por
ahora suponga que, de hecho, este es el caso.
Al no tomar en cuenta los gradientes de temperatura dentro del
slido, ya no es posible considerar el problema desde dentro del
marco de la ecuacin de difusin de calor.
En su lugar, la respuesta de temperatura transitoria se
determina realizando un balance global de energa en el slido. Este
balance debe relacionar la velocidad de perdida de calor en la
superficie con la rapidez de cambio de la energa interna.
Al aplicar un balance de energa en el volumen de control se
obtiene lo siguiente:
o
Al introducir la diferencia de temperaturas
al aceptar que (d(/dt)=(dT/dt), se sigue que
Separando variables e integrando desde la condicin inicial, para
la que T=0 y T(0)=Ti, obtenemos entonces
Donde
...................................(4)
Al evaluar las integrales se sigue que
.................................(5)
o
..........................(6)
La ecuacin 5 sirve para determinar el tiempo que requiere el
slido para alcanzar una temperatura T0 , a la inversa , la ecuacin
6 es til para calcular la temperatura que alcanza el slido en algn
tiempo t.
Los resultados anteriores que la diferencia entre al slido y del
fluido deben de caer exponencialmente a cero conforme t se aproxima
a infinito
NUMERO DE BIOT:
Es la razn de la resistencia trmica interna de un slido a la
resistencia trmica de la capa lmite.
Bi = h x L
K
Proporciona una medida de la cada de temperatura en el slido en
relacin con la diferencia de temperaturas entre la superficie y el
fluido.
NUMERO DE FOURIER:
Es la razn de la rapidez de conduccin de calor a la rapidez de
almacenamiento de energa trmica en un slido.
Fo = x t
L2
Es un tiempo adimensional que caracteriza a la conduccin
transitoria.
DIFUSIVIDAD TERMICA:
Mide la capacidad de un material para conducir energa trmica en
relacin con su capacidad para almacenar energa trmica. Materiales
de grande respondern rpidamente a cambios en su medio trmico,
mientras que los materiales de pequeos respondern mas lentamente y
tardan ms en alcanzar una nueva condicin de equilibrio.
= k / x Cp
DETALLES EXPERIMENTALES
MATERIALES
El equipo experimental utilizado en la practica consisti de
:
Un tanque de temperatura constante a un nivel apropiado para
poder sumergir todo el slido. La temperatura del tanque fue medida
por medio de un termmetro de vidrio.
Un termmetro digital y un termmetro de vidrio.
Un cronometro
Dos cilndros , uno de Cobre (LCu=15.9cm, dCu=5.02cm ) y el otro
de Aluminio( LAl= 15.088cm, dAl= 5.01cm) con un orificio central en
la base superior por la que se introduca el termmetro digital.
Estufa
Aceite
Guantes
2 Pinzas metlicas
Gotero
Vernier
CentmetroPROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL
Para la realizacin de la siguiente prctica se adopto el
siguiente procedimiento:
1. Se realiza las mediciones de las dimensiones de cada una de
los cilindros con los que se trabaja.
2. Se toma la temperatura del agua, del tanque que se
trabaja.
3. Se coloca los cilindros en el horno de calentamiento el cual
previamente es calentado hasta una temperatura determinada,
verificndose cada momento la temperatura del cilindro.
4. Se coloca el aceite en el orificio del cilindro, para
facilitar la toma de la temperatura, conduciendo ms rpido el
calor.
5. Posteriormente se introduce rpidamente el cilindro dentro del
bao de temperatura constante, hasta sumergirlo evitando que ingrese
agua en el orificio.
6. Una vez que el cilindro esta sumergido a un nivel adecuado
respecto al mismo ,se procede a registrar la variacin de la
temperatura del centro con respecto a un intervalo de tiempo hasta
que se obtenga una temperatura constante.
El mismo procedimiento se realiza dos veces para cada
slido.TABULACION DE DATOS
1. Tabla N1: Condiciones Experimentales
Presin Atmosfrica (mm Hg)756
Temperatura (C)22
Tabla N2 : Dimensiones de las Barras
CobreAluminio
Dimetro (cm)5.025.01
Altura (cm)15.0715.088
Tabla N3: Propiedades Fsicas del Cobre
Cobre
Densidad (Kg/m3) a 300K8933
Capacidad Calorfica (J/Kg.K) a Tprom =362 K389
Conductividad Trmica (W/mK) a Tprom=362K396.8
Tabla N 4: Propiedades Fsicas del AluminioAluminioT1prom (373K)
T2prom (345.8K)
Capacidad Calorfica (J/Kg.K) 928.62881.25
Conductividad Trmica (W/mK) a Tprom=362K239.595239.187
Densidad (Kg/m3) a 300K 2702
Tabla N 5: Datos Experimentales del tiempo y temperatura
(Primera corrida ) para el Aluminio
t (s)T( C)
0178.5
10140
20122
3065
4060.9
5043.4
6033.9
7028.9
8026.4
9025
10024.4
11023.9
12023.8
13023.7
14023.6
15023.6
16023.6
Tabla N 6: Datos Experimentales del tiempo y temperatura
(segunda corrida) del Aluminio
t (s)T( C)
0123,6
10103,2
2071,5
3051
4040,1
5032,5
6029,1
7026,5
8025,5
9024
10023,9
11023,8
12023,8
12023,8
Tabla N 7: Datos Experimentales del tiempo y temperatura
(Primera corrida) para el Cobre
t (s)T( C)
0158
10127
20100
3080,1
4058,8
5042,5
6036,5
7031,3
8028,2
9026,5
10025,4
11024,8
12024,3
13024,1
14023,9
15023,8
16023,7
17023,6
18023,6
19023,6
20023,6
Tabla N 8: Datos Experimentales del tiempo y temperatura
(Segunda corrida) para el Cobre
t (s)T( C)
0156
10122,5
2090
3065,2
4051,2
5042,6
6036
7031,9
8028,9
9027,1
10026
11025,3
12024,8
13024,4
14024,2
15024
16024
17023,9
18023,8
19023,8
20023,8
Tabla N 9: Respuesta Temperatura transitoria de un cilindro de
Aluminio (Primera corrida)
T(H2O) =22 C , To =178,5 C
T(s)T
Ln
0178,510
101400,75399361-0,282371386
201220,638977636-0,447885824
30650,274760383-1,291855894
4060,90,2485623-1,392061759
5043,40,136741214-1,989665088
6033,90,076038339-2,57651761
7028,90,044089457-3,121534598
8026,40,028115016-3,571451469
90250,019169329-3,954443721
10024,40,015335463-4,177587273
11023,90,012140575-4,411202124
12023,80,011501597-4,465269345
13023,70,01086262-4,522427759
14023,60,010223642-4,583052381
15023,60,010223642-4,583052381
16023,60,010223642-4,583052381
Tabla N 10 : Respuesta Temperatura transitoria de un cilindro de
Aluminio (Segunda corrida)
T (H2O) =22 C , To =123.6 C
T(s)T
Ln
0123,610
10103,20,799212598-0,224128288
2071,50,487204724-0,719070866
30510,285433071-1,253747705
4040,10,178149606-1,725131597
5032,50,103346457-2,269668278
6029,10,06988189-2,660948751
7026,50,044291339-3,116966138
8025,50,034448819-3,368280567
90240,019685039-3,927896355
10023,90,018700787-3,979189649
11023,80,017716535-4,03325687
12023,80,017716535-4,03325687
Tabla N 11: Respuesta Temperatura transitoria de un cilindro de
Cobre (Primera corrida)
T (H2O) =22 C , To =156 C
T(s)T
Ln
0156
10122,50,75-0,287682072
20900,5-0,693147181
3065,20,317647059-1,14681439
4051,20,214705882-1,538486176
5042,60,151470588-1,88736381
60360,102941176-2,273597556
7031,90,072794118-2,620120129
8028,90,050735294-2,981133474
9027,10,0375-3,283414346
100260,029411765-3,526360525
11025,30,024264706-3,718732417
12024,80,020588235-3,883035469
13024,40,017647059-4,037186148
14024,20,016176471-4,124197525
150240,014705882-4,219507705
160240,014705882-4,219507705
17023,90,013970588-4,270801
18023,80,013235294-4,324868221
19023,80,013235294-4,324868221
20023,80,013235294-4,324868221
Tabla N 12 : Respuesta Temperatura transitoria de un cilindro de
Cobre(Segunda corrida)
T (H2O) =22 C, To =123.6 C
T(s)T
Ln
0123,610
10103,20,799212598-0,224128288
2071,50,487204724-0,719070866
30510,285433071-1,253747705
4040,10,178149606-1,725131597
5032,50,103346457-2,269668278
6029,10,06988189-2,660948751
7026,50,044291339-3,116966138
8025,50,034448819-3,368280567
90240,019685039-3,927896355
10023,90,018700787-3,979189649
11023,80,017716535-4,03325687
12023,80,017716535-4,03325687
Tabla N13: Datos para Calcular la Conductividad Trmica
CobreN IteracinPendiente (s-1)h (W/m2K)K asumido (W/mK)K
calculado (W/m K)
1ra Corrida-0.0229855.4713
1-0.9898396.8397.503
2-0.9916397.503398.226
3-0.9934398.226398.9488
2da Corrida-0.0212793.8265
1-0.9461380380.8468
2-0.9483380.8468381.73
3-0.9483381.73381.73
Aluminio
1ra Corrida-0.0322866,59
1-0,8297
239,6239,498
2-0,8294
239,498
239,412
3-0,8291239,412239,325
4-0,8288
239,325
239,238
2ra Corrida-0.0376960
1-0,8735
239,187
239,22
2-0,8736
239,22
239,2438957
Tabla N 14: Grafica N 2- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 1era iteracin )
T (s)(1/a)*Ln
00
10-7,27880914
20-11,54534629
30-33,30072724
40-35,8837771
50-51,28845616
60-66,41600704
70-80,4651453
80-92,06284676
90-101,9354034
100-107,6874711
110-113,709462
120-115,1031761
130-116,5765732
140-118,1393203
150-118,1393203
160-118,1393203
Tabla N15 : Grafica N 3- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 2era iteracin )
T (s)
(1/a)*Ln
00
10-7,275714003
20-11,54043692
30-33,28656692
40-35,86851839
50-51,26664699
60-66,38776524
70-80,43092945
80-92,02369927
90-101,8920579
100-107,6416796
110-113,6611098
120-115,0542313
130-116,5270019
140-118,0890844
150-118,0890844
160-118,0890844
Tabla N16 : Grafica N 4- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 3era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-7,273083276
20-11,53626417
30-33,27453128
40-35,85554918
50-51,24811018
60-66,36376099
70-80,40184752
80-91,99042567
90-101,8552161
100-107,6027589
110-113,6200126
120-115,0126304
130-116,4848685
140-118,0463862
150-118,0463862
160-118,0463862
Tabla N17 : Grafica N 5- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 4era iteracin )
t(s)(1/a)*Ln
00
10-7,270452549
20-11,53209141
30-33,26249564
40-35,84257997
50-51,22957336
60-66,33975673
70-80,37276559
80-91,95715206
90-101,8183743
100-107,5638382
110-113,5789155
120-114,9710295
130-116,442735
140-118,003688
150-118,003688
160-118,003688
Tabla N 18 : Grafica N 7- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de
Biot (Segunda corrida 1era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-5,206303947
20-16,70338679
30-29,12346177
40-40,07329696
50-52,72240742
60-61,81151032
70-72,40439507
80-78,24220925
90-91,24159417
100-92,4330925
110-93,68902672
120-93,68902672
Tabla N19: Grafica N 8- Distribucin de temperaturas transitorias
para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de Biot (Segunda
corrida 2era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-5,206303947
20-16,70338679
30-29,12346177
40-40,07329696
50-52,72240742
60-61,81151032
70-72,40439507
80-78,24220925
90-91,24159417
100-92,4330925
110-93,68902672
120-93,68902672
Tabla N20: Grafica N 9- Distribucin de temperaturas transitorias
para un mismo slido (Aluminio) y diferentes numero de Biot (Segunda
corrida 3era iteracin )
T(1/a)*Ln
00
10-5,206946275
20-16,70544758
30-29,12705488
40-40,07824101
50-52,72891206
60-61,81913632
70-72,41332797
80-78,2518624
90-91,25285111
100-92,44449645
110-93,70058562
120-93,70058562
Tabla N21: Grafica N 11- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 1era iteracin)
t (s)(1/a)*Ln
00
10-11,161702
20-23,986994
30-36,69543
40-56,398939
50-81,64265
60-96,583175
70-115,74591
80-133,24021
90-147,06738
100-159,16136
110-167,53846
120-176,02578
130-179,95087
140-184,2691
150-186,60189
160-189,06807
170-191,68379
180-191,68379
190-191,68379
200-191,68379
Tabla N22 : Grafica N 12- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 2era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-11,181478
20-24,029494
30-36,760447
40-56,498866
50-81,787304
60-96,7543
70-115,95098
80-133,47628
90-147,32795
100-159,44336
110-167,83531
120-176,33766
130-180,2697
140-184,59558
150-186,93251
160-189,40306
170-192,02342
180-192,02342
190-192,02342
200-192,02342
Tabla N23 : Grafica N 13 - Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Primera corrida 3era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-11,201812
20-24,073193
30-36,827297
40-56,601612
50-81,936038
60-96,930253
70-116,16185
80-133,71902
90-147,59587
100-159,73331
110-168,14052
120-176,65834
130-180,59753
140-184,93128
150-187,27246
160-189,74749
170-192,37262
180-192,37262
190-192,37262
200-192,37262
Tabla N 24: Grafica N 15- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Segunda corrida 1era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-13,40774
20-32,304889
30-53,44855
40-71,702845
50-87,962672
60-105,96352
70-122,11359
80-138,93901
90-153,02715
100-164,34992
110-173,31563
120-180,97315
130-188,15751
140-192,21277
150-196,65481
160-196,65481
170-199,04539
180-201,56525
190-201,56525
200-201,56525
Tabla N25 : Grafica N 16- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Segunda corrida 2era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-12,896842
20-31,073919
30-51,411906
40-68,970626
50-84,610876
60-101,92581
70-117,46048
80-133,64478
90-147,19608
100-158,08741
110-166,71148
120-174,07721
130-180,98782
140-184,88855
150-189,16133
160-189,16133
170-191,46081
180-193,88466
190-193,88466
200-193,88466
Tabla N26 : Grafica N 17- Distribucin de temperaturas
transitorias para un mismo slido (Cobre) y diferentes numero de
Biot (Segunda corrida 3era iteracin )
t (s)(1/a)*Ln
00
10-14,818341
20-35,703619
30-59,07176
40-79,246552
50-97,217042
60-117,11172
70-134,9609
80-153,5565
90-169,12681
100-181,64083
110-191,5498
120-200,01296
130-207,95317
140-212,43508
150-217,34445
160-217,34445
170-219,98654
180-222,77151
190-222,77151
200-222,77151
Tabla N 27 : Resultados de las conductividadesK (W/m K)-1era
corridaK (W/m K)-2da corrida
Cobre398.23381.73
Aluminio239.24239.24
GRAFICOSMaterial: Aluminio
CORRIDA N 1
Para el calculo del coeficiente de transferencia de calor por
conveccion h
Grafico N 1 :RESPUESTA DE TEMPERATURA TRANSITORIA DE UN CILINDRO
DE ALUMINIO ( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Para el clculo del coeficiente de conductividad K
Primera iteracin
Grafico N 2 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO
( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Segunda iteracin
Grafico N 3 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO
( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Tercera iteracin
Grafico N 4 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO
( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Cuarta iteracin
Grafico N 5 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO
( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
CORRIDA N 2
Para el calculo del coeficiente de transferencia de calor por
convencin h
Grfico N6 :RESPUESTA DE TEMPERATURA TRANSITORIA DE UN CILINDRO
DE ALUMINIO ( dimetro = 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Para el clculo del coeficiente de conductividad K
Primeraiteracin
Grafico N7 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO( dimetro
= 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Segunda iteracin
Grafico N8 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO( dimetro
= 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Tercera iteracion
Grafica N9 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE ALUMINIO( dimetro
= 5.01cm y longitud= 15.088 cm)
Material : Cobre
CORRIDA N1
Para el calculo del coeficiente de transferencia de calor por
conveccin h
Grfico N10:RESPUESTA DE TEMPERATURA TRANSITORIA DE UN CILINDRO
DE COBRE ( dimetro = 5.02cm y longitud= 15.075 cm)
Para el clculo del coeficiente de conductividad KPrimera
iteracin
Grafica N11 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE COBRE( dimetro =
5.02cm y longitud= 15.075cm)
Segunda iteracion
Grafica N12 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE COBRE( dimetro =
5.02cm y longitud= 15.075cm)
Tercera iteracion
Grafica N13 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE COBRE( dimetro =
5.02cm y longitud= 15.075cm)
CORRIDA N2
Para el calculo del coeficiente de transferencia de calor por
conveccin h
Grfico N14 :RESPUESTA DE TEMPERATURA TRANSITORIA DE UN CILINDRO
DE COBRE( dimetro = 5.02cm y longitud= 15.075 cm)Para el clculo del
coeficiente de conductividad K
Primera iteracion
Grafica N 15 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE COBRE( dimetro =
5.02cm y longitud= 15.075cm)
Segunda iteracion
Grafica N 16 RESPUESTA DISTRIBUCION DE TEMPERATURAS TRANSITORIAS
PARA DIFERENTES NUMEROS DE BIOT EN EL CILINDRO DE COBRE( dimetro =
5.02cm y longitud= 15.075cm)
DISCUSIN DE RESULTADOSLos resultados de las conductividades de
ambos materiales (381.73 y 398.23) (W/m K) para el cobre y (239.34
y 239.24) para el aluminio se encuentran en el rango de temperatura
promedio a la cual se trabaja
En las tablas N 5 y N 8 se presentan los datos experimentales
del decaimiento del valor de la temperatura con respecto al tiempo
de los slidos de Aluminio y cobre, observando que en intervalos de
tiempo iguales para el cobre y el aluminio la cada de temperatura
del cobre es mayor que la del aluminio ,lo cual es adecuado debido
a la mayor conductividad que presenta el cobre respecto al aluminio
. Se realiza la practica con slidos de la misma geometra
,longitudes similares ,dimetros muy cercanos ,el mismo fluido (
agua ) para la transferencia de calor por convencin , por ende las
mismas propiedades del fluido ( viscosidad, coeficiente de expansin
trmica, conductividad trmica ,y otros ) , por lo expuesto se debe
obtener el mismo valor para el coeficiente de transferencia de
calor ( h ) ,sin embargo se obtuvo un rango de (793.83 a 855.47 )
con el cobre y ( 866.59 a 960 ) con el aluminio ,siendo estos
resultados de la experiencia no iguales pero cercanos ,presumimos
que esta variacin de h principalmente para el cobre se debe a que
la temperatura del fluido no se mantuvo constante lo cual ocasiona
la variacin de las propiedades del fluido ya mencionadas .
En la experiencia , en el orificio del slido se utiliza aceite
el cual permite una conduccin adecuada que permita obtener una
buena lectura de datos ( distribucin transitoria de temperaturas
),se presume tambin que otro motivo de la variacin de h es el
ingreso de agua en el orificio ,lo cual altera las propiedades del
aceite.
CONCLUSIONES1. Se comprueba que habr una transferencia de calor
siempre y cuando haya un gradiente de temperaturas. Cumplindose la
ley cero de la termodinmica. 2. Se comprueba que la temperatura del
slido es uniforme en cualquier punto, debido a que el Biot