Práctica 2: Transferencia de calor por convección: Cilindro y Haz de tubos.




LABORATORIO DE TRANSMISIÓN DE CALOR

Práctica 2:
Transferencia de calor por convección: Cilindro y Haz de tubos.















Objetivo:
- Obtención experimental del coeficiente de convección.
- Comprender el origen y utilidad de las correlaciones Nu=f(Re,Pr), obteniendo la correspondiente al flujo en torno al cilindro.
- Comparar los resultados del ensayo con lascorrelaciones de la literatura.
- Apreciar el efecto de la variación de la temperatura del fluido en la capa límite sobre el coeficiente de convección y sobre la correlación para el Nusselt, explorando métodos para incorporar dicho efecto en la correlación.

Material:
- Túnel de viento de caudal variable Hilton H350/07267 instrumentado con medidas de caudal y temperaturas para la evaluación decoeficientes de convección. El elemento de ensayo está constituido por un cilindro de cobre en cuyo interior dispone de una resistencia eléctrica a través de la cual se libera una determinada potencia calorífica controlable y medible. El cilindro se intercala en el conducto transversalmente a la corriente de aire.

Datos:
Resistencia eléctrica del elemento calefactor: R=67,2 Ω
Cilindro:Diámetro: 15,8 mm
Longitud: 65 mm
Velocidad media del aire en el conducto:

siendo:

H [mm.c.a.] presión diferencial en la tobera
T[K] temperatura del aire incidente sobre el cilindro
pamb [Pa] presión ambiente


Procedimiento:
Fijamos la velocidad de circulación del aire en el conducto por estrangulación de la válvula situada a la salida del ventilador. Subimos progresivamente, yde forma escalonada, la tensión de la fuente térmica hasta alcanzar la temperatura deseada en el cilindro de ensayo (después de una variación de la tensión esperamos a que se alcance el régimen estacionario antes de volver a modificarla pues de lo contrario la temperatura oscila continuamente).

Nomenclatura:
V [V] tensión de alimentación al elemento calefactor
Ts temperatura superficial delcilindro
T temperatura del aire incidente sobre el cilindro
pamb [Pa] presión ambiente
H [mm.c.a] presión diferencial en la tobera de medida del caudal de aire
q [W] potencia térmica
q’’ [W/m2] flujo de calor
h [W/m2·K] coeficiente de convección del cilindro
u[m/s] velocidad del aire en el conducto
[m2/s] viscosidad cinemática
kf [W/m·k] conductividad térmica del fluidoReuD/ número de Reynolds
Pr número de Prandtl
Nu hD/kf número de Nusselt


PARTE A: COEFICIENTE DE CONVECCIÓN DE UN CILINDRO ISOTERMO SOMETIDO A UN FLUJO CRUZADO

1. Medimos la presión ambiente, pamb.

pamb = 710 mmHg ≈ 94,66 kPa

2. Colocamos el conmutador de tensión en la posición de 70 V.

3. Temperatura superficial del cilindro de Ts=95 ºC:

3.1. Para un mínimo de 8 valoresde la depresión registrada por el manómetro diferencial, empezando por el valor correspondiente a la apertura total del diafragma, estabilizamos la temperatura Ts=95ºC y tomamos lectura de las variables: H, Ts, T∞, V.

3.2. Presentamos en una tabla las siguientes variables: H, Ts, T∞, V, Tf, q, q”, h, u∞, kf,, Pr, Re y Nu. Para el cálculo de las propiedades termofísicas del aire (kf, n y Pr)tomamos la temperatura media de película, dada por Tf= (T∞+Ts)/2.









I) Coeficiente de convección de cilindro único
 


P. Ambiente = 710 mmHg = 94658,61 Pa



Ts = 95 ºC
 
 
 
abertura
H(mmca)
Ts (K)
T∞ (K)
V (V)
Tf (K)
q (W)
q" (W/m2)
h(W/m2-K)
7
6
367,8
294,0
38
330,9
21,4881
6660,0518
90,2446
6
11
368,6
294,0
42
331,3
26,2500
8135,9635109,0612
5
17
367,8
294,1
44
331,0
28,8095
8929,2661
121,1569
4
26
368,3
294,1
47
331,2
32,8720
10188,4033
137,3100
3
35
367,5
294,5
48
331,0
34,2857
10626,5646
145,5694
2
48
367,8
294,1
52
331,0
40,2381
12471,4543
169,2192
1
52
368,6
294,3
52
331,5
40,2381
12471,4543
167,8527
0
53
368,4
294,2
52
331,3
40,2381
12471,4543
168,0789
abertura...