Ejemplo Práctico De Tcb Calentador De Agua
Páginas: 9 (2217 palabras)
Publicado: 20 de mayo de 2012
Escuela Politécnica Nacional
Facultad de Ingeniería Mecánica
Transferencia de Calor I
Informe del Proyecto de T.C.B.
Introducción:
El programa Transferencia de Calor Bidimensional (T.C.B.) es una aplicación computacional que permite resolver problemas de transferencia de calor en estado estacionario y transitorio en piezas planas bidimensionales o tridimensionales con simetríaaxial, sometidas a intercambios de calor por convección y/o radiación a través de sus contornos. Para ello, el programa emplea el método de diferencias finitas, y muestra los resultados en forma gráfica y a través de tablas de la hoja de cálculo Excel, de la suite ofimática de Microsoft.
El presente proyecto analiza el funcionamiento de un calentador eléctrico de almacenamiento (normalmenteconocido como “termostato”), ampliamente utilizado en los hogares con el fin de calentar el agua de uso doméstico. El principal objetivo será el de hallar el tiempo que necesita el calentador para darle al agua una temperatura de confort, de aproximadamente 40 ºC, y el tiempo que transcurre hasta que el calentador se apague automáticamente.
Desarrollo del Ensayo:
Un calentador eléctrico dealmacenamiento consta básicamente de un tanque en el cual se deposita el agua a ser calentada, un aislamiento para reducir las pérdidas de energía y las correspondientes entrada y salida de agua fría y agua caliente. Emplea una resistencia eléctrica con el fin de otorgar la energía necesaria, y un termostato que mantiene la temperatura entre un cierto rango, encendiendo o apagando el mecanismo eléctricode acuerdo a la temperatura detectada. La potencia del mecanismo de calentamiento eléctrico es, para el equipo analizado, de 1500 W. El artefacto en cuestión tiene forma cilíndrica, y unas dimensiones de 30 cm de diámetro por 70 cm de alto, para el tanque propiamente dicho, y 5 cm de espesor para la capa de aislamiento térmico. La capacidad nominal del tanque es de 25 gal. Sin embargo, seconsiderará una capacidad de aproximadamente 23 galones, tomando en cuenta las pérdidas de volumen producidas en la construcción.
Se presenta una imagen del calentador de almacenamiento analizado.
Para el análisis en el programa T.C.B. se introdujo los datos correspondientes a una sección radial del calentador, como se muestra en la figura.
Consideraciones:
1. La temperatura de todo elvolumen de agua es uniforme en cualquier instante.
2. El espesor de la pared del tanque es despreciable.
3. El intercambio por radiación con el aire exterior es despreciable.
4. Las pérdidas de energía a través de las tuberías es despreciable.
5. Las pérdidas a través de las paredes superior e inferior del tanque son despreciables.
6. Se tiene generación interna de calor en elagua.
7. Se tiene conducción unidimensional a través del material aislante.
8. El calentador se apaga automáticamente al alcanzar cierta temperatura.
9. Propiedades constantes.
1. Ingreso de Datos en T.C.B.-
Luego de abrir el programa, se puede apreciar la siguiente ventana:
Se pulsa aceptar, y se observa el menú de entrada de datos:
Al pulsar en Datos Iniciales, se abreun cuadro de diálogo en el que seleccionamos el tipo de problema, coordenadas y número de zonas.
En este caso se seleccionó estado transitorio, coordenadas polares y 2 zonas.
Luego se ingresan los puntos que delimitan la geometría de las zonas:
A continuación se definen las propiedades de cada zona:
Con fines de análisis, se considerará al calor que ingresa desde la resistencia eléctricacomo generación interna de calor en el agua. Para calcular el valor de esta generación de calor, se empleará la siguiente ecuación:
Donde : Generación de calor.
: Potencia del calentador.
V : Volumen de agua.
Para la Zona 1, que corresponde al agua almacenada, se especificó la generación de calor correspondiente a la resistencia eléctrica.
Las temperaturas iniciales del agua y...
Facultad de Ingeniería Mecánica
Transferencia de Calor I
Informe del Proyecto de T.C.B.
Introducción:
El programa Transferencia de Calor Bidimensional (T.C.B.) es una aplicación computacional que permite resolver problemas de transferencia de calor en estado estacionario y transitorio en piezas planas bidimensionales o tridimensionales con simetríaaxial, sometidas a intercambios de calor por convección y/o radiación a través de sus contornos. Para ello, el programa emplea el método de diferencias finitas, y muestra los resultados en forma gráfica y a través de tablas de la hoja de cálculo Excel, de la suite ofimática de Microsoft.
El presente proyecto analiza el funcionamiento de un calentador eléctrico de almacenamiento (normalmenteconocido como “termostato”), ampliamente utilizado en los hogares con el fin de calentar el agua de uso doméstico. El principal objetivo será el de hallar el tiempo que necesita el calentador para darle al agua una temperatura de confort, de aproximadamente 40 ºC, y el tiempo que transcurre hasta que el calentador se apague automáticamente.
Desarrollo del Ensayo:
Un calentador eléctrico dealmacenamiento consta básicamente de un tanque en el cual se deposita el agua a ser calentada, un aislamiento para reducir las pérdidas de energía y las correspondientes entrada y salida de agua fría y agua caliente. Emplea una resistencia eléctrica con el fin de otorgar la energía necesaria, y un termostato que mantiene la temperatura entre un cierto rango, encendiendo o apagando el mecanismo eléctricode acuerdo a la temperatura detectada. La potencia del mecanismo de calentamiento eléctrico es, para el equipo analizado, de 1500 W. El artefacto en cuestión tiene forma cilíndrica, y unas dimensiones de 30 cm de diámetro por 70 cm de alto, para el tanque propiamente dicho, y 5 cm de espesor para la capa de aislamiento térmico. La capacidad nominal del tanque es de 25 gal. Sin embargo, seconsiderará una capacidad de aproximadamente 23 galones, tomando en cuenta las pérdidas de volumen producidas en la construcción.
Se presenta una imagen del calentador de almacenamiento analizado.
Para el análisis en el programa T.C.B. se introdujo los datos correspondientes a una sección radial del calentador, como se muestra en la figura.
Consideraciones:
1. La temperatura de todo elvolumen de agua es uniforme en cualquier instante.
2. El espesor de la pared del tanque es despreciable.
3. El intercambio por radiación con el aire exterior es despreciable.
4. Las pérdidas de energía a través de las tuberías es despreciable.
5. Las pérdidas a través de las paredes superior e inferior del tanque son despreciables.
6. Se tiene generación interna de calor en elagua.
7. Se tiene conducción unidimensional a través del material aislante.
8. El calentador se apaga automáticamente al alcanzar cierta temperatura.
9. Propiedades constantes.
1. Ingreso de Datos en T.C.B.-
Luego de abrir el programa, se puede apreciar la siguiente ventana:
Se pulsa aceptar, y se observa el menú de entrada de datos:
Al pulsar en Datos Iniciales, se abreun cuadro de diálogo en el que seleccionamos el tipo de problema, coordenadas y número de zonas.
En este caso se seleccionó estado transitorio, coordenadas polares y 2 zonas.
Luego se ingresan los puntos que delimitan la geometría de las zonas:
A continuación se definen las propiedades de cada zona:
Con fines de análisis, se considerará al calor que ingresa desde la resistencia eléctricacomo generación interna de calor en el agua. Para calcular el valor de esta generación de calor, se empleará la siguiente ecuación:
Donde : Generación de calor.
: Potencia del calentador.
V : Volumen de agua.
Para la Zona 1, que corresponde al agua almacenada, se especificó la generación de calor correspondiente a la resistencia eléctrica.
Las temperaturas iniciales del agua y...
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