Informe conduccion

Universidad de Antioquia. Laboratorio de Fenómenos de Biotransporte.

CONVECCION LIBRE Y FORZADA





INTRODUCCION

Desde sus inicios, el ser humano se ha interesado por entender completamente el medio natural que lo rodea, para tratar de explicar todos los fenómenos y poder controlarlos buscando siempre su beneficio. Fue así como se dio inicio al estudio de la transferencia de calor queocurría entre dos medios, donde la energía térmica viaja desde un cuerpo con mayor temperatura a uno de menos; lo cual puede ocurrir por medio de tres modos: radiación, conducción y convección.

La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural, producida por la diferencia de densidades de la materia, lo cual induce elflujo debido a fuerzas de empuje que se desarrollan; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lado a otro, por ejemplo el aire en un ventilador o el agua con una bomba.

La transferencia de calor por convección ocurre en la interfaz entre un fluido en movimiento y una superficie sólida, entre dos líquidos inmiscibles en movimiento relativo y entre un gas y un líquido que tienemovimiento relativo, que están a diferente temperatura. Este principio es utilizado en mecanismos de secado a nivel industrial y a nivel doméstico en el sistema de enfriamiento de los hornos, radiadores de carro y en sistemas para soldar.

ECUACIONES Y MODELO MATEMATICO


PARA CONVECCION LIBRE Y FORZADA

Para calcular el coeficiente de transferencia (h) se utiliza la ecuación de enfriamiento deNewton


Despejando h se tiene


Además, para encontrar el área de transferencia [1], se tiene:


Donde Ac es la altura de la aleta, Nc es el número de aletas, L el largo de la placa plana, H la altura y r el radio de un cilindro.

Para obtener el valor del flujo se utiliza la siguiente relación:


Donde V es la velocidad y A es el área de transferencia.

DATOS EXPERIMENTALES

PARA CONVECCION LIBREY FORZADA

Se realizaron las mediciones correspondientes para determinar los cambios de temperatura, tanto para convección libre (perilla y velocidad igual a cero) como para convección forzada, como se resume en la tabla a continuación.

Tabla 1. Datos experimentales tomados para la práctica.
Posición perilla
Velocidad
(m/s)
Temperatura ambiente (°C)
temperatura
entrada
Temperatura placas(°C)
Temperatura salida(°C)




1
2
3
1
2
3
0
0
28,2
29
70,5
69,2
68,7
40,7
38,9
41,2
1
0,13
28,2
25,5
76
68,5
67,1
43,4
40,8
40,2
2
0,34
28,2
26,3
65,4
71,1
64,6
52,2
40,1
39,8
3
1,34
28,2
27,2
59,3
48,1
47,5
50,3
46,2
32,6
4
1,72
28,2
28,3
51,7
39,7
42
45,6
40,9
32,7
5
2,08
28,2
27,5
46,3
37,5
49,4
41,5
36,1
33,2
6
3,38
28,2
27,2
35,4
38,2
36
35,2
34,3
32,2
7
4,33
28,2
26,9
34,6
36,6
33,3
34,4
29,331


Tabla 2. Promedio de las temperaturas para las diferentes posiciones.
Posición de la perilla
Velocidad(m/s)
temperatura
entrada
Promedio temperatura placa(°C)
Promedio temperatura de salida(°C)
0
0
29
69,47
40,27
1
0,13
25,5
70,53
41,47
2
0,34
26,3
67,03
44,03
3
1,34
27,2
51,63
43,03
4
1,72
28,3
44,47
39,73
5
2,08
27,5
44,40
36,93
6
3,38
27,2
36,53
33,90
7
4,33
26,9
34,83
31,57

Potenciasuministrada por la maquina: 50,4 W
Temperatura: 88,9 °C
CALCULOS Y RESULTADOS

PARA CONVECCION LIBRE Y FORZADA

Se realizaron los cálculos y se muestran los resultados correspondientes para la práctica; además se hace el análisis de resultados de forma inmediata con el fin de facilitar la apreciación de lo obtenido.

Gráficos ilustrativos con los resultados obtenidos



Figura1. Temperatura vs laposición en la aleta cilíndrica con respecto a la velocidad.

En la figura 1 se presenta un análisis de la variación de la temperatura con respecto a la posición en la configuración de las aletas cilíndricas. En ella se puede observar como las mayores temperaturas se obtuvieron cuando la velocidad del ventilador era nula o casi nula, lo cual concuerda con lo esperado debido a que en convección...