UNIVERSIDAD CENTRAL PROTOCOLO DE PRÁCTICA Facultad De Ingeniería DE LABORATORIODepartamento de Ingeniería Mecánica Transferencia de CalorLaboratorio de Energía

TRANSFERENCIA DE CALOR MEDIANTE ALETAS DE ESPIGOS CILINDRICAS

ALUMNO:CÓDIGO:

RESUMEN: La presente práctica de laboratorio muestra el procedimiento para determinar el calor transferido a través de una aleta de sección transversal constante.

También se puede determinar la eficiencia y la efectividad de la aleta.

PALABRAS CLAVES: Aleta, conducción, convección, eficiencia y efectividad.

1. OBJETIVO

Determinar la razón de flujo de transferencia de calor de una aleta de sección transversal constante.

Determinar la eficiencia y la efectividad de la aleta.

2. EXPOSICIÓN

La razón de transferencia de calor desde una superficie que esta a una temperatura Ts hacia el medio circundante que esta a T« se expresa por la ley de enfriamiento de Newton como

Q = hAs (Ts - Too) (1)

As= Es el área superficial de transferencia de calor h= Coeficiente de transferencia de calor por convección.

Ts y T∞ son las temperaturas de la superficie de la aleta y medio circundante.

Para una aleta infinitamente larga de sección transversal uniforme (Ac= constante), la temperatura en la punta tendera a la del medio T∞

Para aleta muy larga de sección transversal constante se ha definido la siguiente ecuación para determinar la razón de flujo de calor:

Q=√hpkAc (Tb−T ∞)

Donde:

p = perímetro

Ac= Área de la sección transversal de la aleta

K= Conductividad térmica del material de la aleta

h= Coeficiente de transferencia de calor por convección

3. EFICIENCIA DE LAS ALETAS

Para las aletas de sección transversal constante se ha definido la eficiencia como:

η=QaletaQmax

η=TanhmLcmLc

4. LECTURA Y ESTUDIO

CENGEL, Y. A., Transferencia de Calor y Masa, McGraw-Hill Interamericana, México 2007, tercera edición, Pág. 159 -173.

Frank P Incropera., Fundamentos de Transferencia de Calor, Prentice Hall, México 1999, cuarta edición, 110 -133.

5. INSTRUMENTOS Y COMPONENTES

(2)

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Para el desarrollo de la práctica se debe utilizar los siguientes elementos:

Banco de aletas circular de sección transversal uniforme.

Banco de aletas rectangulares planas

Termómetro digital

Cámara termografíca

6. EXPERIMENTO

Conecte el banco de aletas de espigo cilíndrico (Fig. 1) a la fuente de energía de 110 voltios monofásica, gire hacia la posición de nivel de temperatura deseada la perilla de control de la corriente y espere durante un tiempo prudencial de 15 minutos hasta que la temperatura estabilice.

Con un calibrador pie de rey determine el ancho, el espesor y la longitud de la aleta.

En los puntos marcados sobre la superficie de la aleta haga medición de las temperaturas a todo lo largo de la aleta y regístrelos con la correspondiente distancia desde la base en la tabla No 1. Registre también la temperatura de la base de la aleta.

Utilizando la cámara termografíca tome una imagen de la aleta en forma perpendicular a la superficie y guárdela en la memoria de la misma.

Mediante el software de la cámara termografíca, en un computador edite la imagen obtenida y determine el perfil de temperaturas sobre los puntos marcados sobre superficie de la aleta, igualmente espaciados desde la base.

Para los cálculos tome como coeficiente convectivo h = 10 w/m2 °C y 237 w/m °C como conductividad térmica.

Figura 1. Banco de aletas de sección transversal constante

Fuente: Elaboración propia

Consigne los datos en la siguiente tabla 1

Distancia desde la

Base [cm]

Ts

[°C]

Tb

[°c]

Diámetro

[mm]

L

[mm]

1 206

292 14 102

2 179.2

3 177.1

4 1655 133.

16 131.

67 115.

48 1009 85.710 70.8

7. Resultados

Primer Producto a Entregar: Elabore una grafica con el perfil de temperatura tomado con el termómetro digital sobre la base de la superficie de la base de la aleta:

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1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

250Datos Termometro

Distancia [cm]

Tem

pera

tura

[°C]

Grafica 1, Perfil de temperaturas termómetro

Segundo Producto a Entregar: Elabore una grafica con el perfil de temperatura tomado con la cámara termografíca y si se presentan diferencias con el registrado con el termómetro, indique las causas.

Imagen 1, Foto Termografíca de la Aleta

Nombre TemperaturaP0 61,0°CP1 78,6°CP2 112,8°CP3 78,4°CP4 109,9°CP5 110,4°CP6 103,1°CP7 145,8°CP8 168,5°CP9 153,4°C

P10 236,4°C

Tabla 2, Datos mostrados en pantalla por la cámara

1 2 3 4 5 6 7 8 9 100

50

100

150

200

250

Datos Camara Termografica

Distancia [cm]

Tem

pera

tura

[°C]

Grafica 2, Perfil de Temperaturas Cámara Termografíca

Las diferencias mostradas en las tablas muestran un comportamiento similar de los perfiles de temperatura de la aleta, las diferencias que se aprecian se puede deber a factores de los equipos tales como la calibración, las condiciones externas o ambientales de los medios donde se tomaron las temperaturas y en el caso de la cámara termografíca, que no tomara de forma adecuada las distancias

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de las temperaturas, para el termómetro el estado de la punta del mismo o el uso

adecuado que se le haya dado al instrumento.