Laboratorio termo

Práctica No. 4
Convección Forzada en una Barra Sólida
Problema
Una barrita de cobre de dimensiones conocidas, inicialmente se encuentra a una temperatura máxima. Súbitamente se sumerge en unacorriente de aire que lleva una cierta velocidad. ¿Diga en qué tiempo la barra tendrá una temperatura de 30°C y cuánto calor habrá transferido al aire? Determine también el coeficiente de transferencia decalor promedio, hm.
Datos experimentales:
Tabla 1. Registro de datos experimentales
Apertura
(%) | 20 | 40 | 60 | 80 |
ΔP
(mmH2O) | 0.6 | 4 | 11 | 21 |
Espacios | ΔT
(°C) | Tiempo
(s) |12.5 | 48.78 | 0 | 0 | 0 | 0 |
12 | 46.83 | 5 | 10 | 3 | 7 |
11 | 42.93 | 15 | 14 | 7 | 9 |
10 | 39.02 | 25 | 22 | 16 | 14 |
9 | 35.12 | 37 | 32 | 21 | 21 |
8 | 31.22 | 49 | 43 | 30 | 27 |7 | 27.32 | 63 | 55 | 38 | 36 |
6 | 23.41 | 77 | 69 | 48 | 44 |
5 | 19.51 | 89 | 85 | 59 | 53 |
4 | 15.61 | 111 | 103 | 73 | 65 |
3 | 11.71 | 132 | 127 | 91 | 79 |
2 | 7.80 | 157 | 157 |111 | 97 |
1 | 3.90 | 188 | 202 | 142 | 123 |
0 | 0 | 232 | 387 | 197 | 170 |

Datos adicionales:

Masa de la barra = 0.1065 Kg
Diámetro de la barra = 0.01238 m
Longitud de la barra = 0.0951m
Capacidad calorífica = 380 J/(Kg °C)
0.041 mV = 1°C = ΔT
1mm = 1 s
2mV = 12.5 espacios
Temperatura del aire = 24 °C
ρaire = 1.205 Kg/m3
νaire = 1.51 x 10-5 m2/s
kCu = 385 J/(s m °C)
1 mmH2O= 1 Kgf /m2
Memoria de cálculo
La relación de espacios en la gráfica obtenida con la diferencia de temperatura (ΔT, °C) se calculó como en el siguiente ejemplo:
12.5 espacios2mV12.5espacios1°C0.041mV=48.78°C
Dibujo 1. Convección forzada en una barra sólida.

En este sistema se presentan el mecanismo de convección forzada donde:
Qperdido=Qganado
es decir, el calor ganado por la corrientede aire será igual al calor perdido de la barra de cobre.
Qperdido=Qganado
-mCuCpd∆Tdt=hAs∆T
Siendo que el área superficial es:
AS=DπL
De forma que:
-mCuCpd∆Tdt=πDLh∆T
Al resolver la ecuación...