Efecto leidenfrost

Práctica: Coeficiente Global de Transferencia de Calor

Resumen

Se hizo un análisis de un sistema de intercambio de calor en un serpentín dentro de un tanque agitado, utilizando agua caliente dentro y agua fría fuera del serpentín, para calcular el coeficiente global de transferencia de calor, mediante convección, para distintos tiempos registrados.

Introducción

Si existe unadiferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección.

El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas seencuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyesde la hidrodinámica.

H = h.A.ΔT [J/s] = [watt] [cal/h]
H: flujo de calor [J/s].
h: coeficiente de convección [cal/s.cm ².°C].
A: superficie de contacto.

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye ycomo resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima. De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, como lacámara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto al panel exterior (que está más frío) desciende, mientras que al aire cercano al panel interior (más caliente) asciende, lo que produce un movimiento de circulación.
El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección.Debido a la convección, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima. De la misma forma, la convección natural es responsable del tiraje de las chimeneas. La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes,las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.

En esta práctica se pretende calcular el coeficiente global de transferencia de calor utilizando el equipo de tanque agitado con serpentín integrado, viendo cómo cambian las temperaturas del serpentín y del agua del tanque, conforme pasa el tiempo.

Objetivo

Determinar el coeficienteglobal de transferencia de Calor, U, en el sistema de tanque agitado con serpentín integrado.

Experimentación

El equipo con el que se trabajó está compuesto por un baño a temperatura constante, el cual se llenó de agua hasta ¾ partes de su capacidad total, y luego se calentó por medio de una resistencia, este baño también contiene una bomba, que permitió que el agua caliente pasara a travésdel serpentín y que también hubiera recirculación en el mismo baño.
El tanque en donde se encuentra el serpentín se llenó con 2600 ml de agua, luego esa agua se calentó hasta una temperatura constate que fue de 67 °C, después se encendió el agitador que está en el tanque con el serpentín a una velocidad de 4 rpm, formando un vórtice, después de esto se dejó fluir el agua por el serpentín y...