Calorimetría

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA QUÍMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

LABORATORIO DE FENÓMENOS DE TRANSPORTE

PRÁCTICA No.IV

“DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURAS EN UNA ALETA DE ENFRIAMIENTO”

PROFR: BENJAMÍN MARCOS MARÍN


GRUPO: 3IM9 EQUIPO 1

MÉXICO, D.F. A 19 DE NOVIEMBRE DE 2010


Objetivo:
* Determinar elcoeficiente de transferencia de calor del sistema aleta-aire.
* Calcular el perfil de temperaturas en Régimen permanente utilizando la ley de Fourier y Enfriamiento de Newton.


















INTRODUCCIÓN TEÓRICA:
La conducción de calor en fluidos puede considerarse como transporte molecular de energía, para analizar este transporte consideremos losiguiente una placa de un material sólido de determinada área, comprendidas entre dos grandes láminas planas y paralelas separadas por una distancia Y. Para un tiempo igual a cero, el material sólido está en su totalidad a la temperatura T0, conforme transcurre el tiempo el perfil de temperaturas de la placa cambia, al llega a un perfil lineal de temperaturas que no cambian se consigue elRégimen Permanente.
La transferencia de calor por convección se compone de dos mecanismos,además de la trasferencia de energía debida al movimiento molecular .Tal movimiento, en presencia de un gradiente de temperatura, influye al flujo de calor sin importar la naturaleza particular del proceso de transferencia de calor por convección, la ecuación apropiada es:

Q= h (T-Tamb)

Donde: Q es elflujo por convección (W/m2), es proporcional a la diferencia entre las temperaturas de los extremos del solido respectivamente. Esta expresión se conoce como Ley de enfriamiento de Newton, y la constante de proporcionalidad h (W/m2*K) se denomina coeficiente de transferencia de calor por convección.

Para está experimentación la ecuación de enfriamiento de Newton es equivalente a la siguienteecuación:

Q= h 2 R Z(<T(z)> - Ta)

La Ley de Fourier en el caso de una barra cilíndrica se expresa como:

Qz=-kd<Tz>dZ
El flujo de calor por unidad de área Qz es la velocidad con que se transfiere calor en la dirección z por área unitaria perpendicular a la dirección de transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura, d<T(z)>/dz en esta dirección. Laconstante de proporcionalidad, k, es una propiedad de transporte conocida como conductividad térmica.

dz<Tz>dz2=2hkR(<Tz-Ta)



Equipo:
* Armfield Modelo “HT15” Extended Surface Heat Transfer
Escala de Voltaje al que opera el equipo: 9-15 V
Escala de Amperaje que opera el equipo: 120mA
Ø barra: 1cm
L barra: 35 cm
* Sofware HT15-304 Extended Surface Heat TransferMetodología de Experimentación:
La experimentación se llevó a cabo bajo las siguientes condiciones:
* 6.7 V
* 0.26 A
El siguiente dibujo es una descripción similar al equipo:

1. Esta experiencia comenzó por la descripción del equipo, que consiste en una barra cilíndrica para transferencia de calor, donde la temperatura es medida portermopares.
2. El Termopar número 9, midió la temperatura ambiente.
3. Posteriormente llevamos las mediciones para intervalos de 10 minutos hasta alcanzar el Régimen Permanente.
4. A través de la impresión de pantalla, registramos rápidamente los valores en los intervalos dados, para luego graficar en Excel.
5. Mientras llevábamos a cabo la experimentación, fuimos analizandoprofundamente conceptos importantes como convección, flux de calor, y otros más relacionados con la práctica.
6. Finalmente el estado estacionario se logró para un tiempo igual a 80 minutos.
7. Se apagó el equipo y procedimos a guardar los datos obtenidos.
CÁLCULOS:

Ecuaciones utilizadas:
N=2hL2KR θx=cosh⁡(N(1-x)coshN θ=<Tz>-Ta)Tw-Ta X=ZL

Donde:
K= 121...