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UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN CRISTBAL DE HUAMANGA
FACULTAD DE INGENIERA QUMICA Y METALURGIA
E.F.P. Ingenier en In!"#$ri# A%i&en$ri#
PR'CTICA N()*
+CONVECCIN FORZADA
CURSO : Transmisin de calor / (AI-441)
DOCENTE ,Ing. Ral Ricardo Vel !lores
ALUMNA ,"A#A$%I !&R'A'&* 'ora
+",+A $A'TIA* esi "arel0
GRUPO LAB , 2e3es 5:-6: 7oras
A-"/0 1 Per2
3)45
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INTRODUCCION
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I. OBJETIVOS
Estudiar el fenmeno de transmisin de calor por conveccin natural
Determinar el coeficiente global de transmisin de calor agua - aire.
Verificar los resultados experimentales con los obtenidos a partir de lasconclusiones experimentales- tericos.
II. REVISIN BIBLIOGRFICA
2.1. CONVECCIN: Es un proceso de transferencia de calor de una parte de
un fluido de alta temperatura a otro de baja temperatura mediante el
almacenamiento de energa, movimiento y desplazamiento de las molculas. !a
aplicacin pr"ctica se presenta entre un slido #superficie slida$ y un fluido,
(ARONS).
2.2.1CONVECCIN FORZADA.-El movimiento del fuido se debe a
uerzas externas, en la que se provoca el fujo de un fuido
sobre una supercie slida por medio de una bomba, un
ventilador u otro dispositivo mecnico, (ARONS), Fluidos
calientes y ros, separados por una rontera slida se acen
circular a trav!s del equipo de transmisin de calor, y la
velocidad de transmisin de calor es en uncin de las
propiedades sicas de los fuidos, las velocidades de fujo y la
orma "eom!trica del sistema #En "eneral, el fuido es
turbulento y el fujo varia en su complejidad desde tubos
circulares a intercambiadores de calor en tabiques refectores y
a supercies extendidas de fujo varia en su complejidad,
(YUNUS A. CENGEL, 2004).$a conveccin orzada es infuida
por la tensin supercial del fuido, (DONALD, 1999).
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%gua TW & sale & acumulado & %ire
Tw0 !0"C Ta=18 C
COEFICIENTE CONVECTIVO DE TRANSFERENCIADE CALOR
!os coeficientes de conveccin son funcin de la geometra del sistema, de las
propiedades del fluido, de la velocidad del flujo y de la diferencia de temperaturas.
Estas se denominan experimentalmente. En muc'os casos existen correlaciones
empricas para predecir este coeficiente, pues es muy com(n )ue no pueda determinarse
por medios tericos. *uesto )ue sabemos )ue, cuando un fluido fluye por una
superficie, existe una capa delgada casi estacionaria adyacente a la pared )ue presenta la
mayor parte de la resistencia de la transferencia de calor+ muc'as veces, a ' se le llama
coeficiente de pelcula, #%/0$. Es un 'ec'o muy conocido )ue un material se
enfre con muc'a mayor rapidez cuando se sopla sobre l o se le aplica una corriente de
aire. 1uando el fluido )ue rodea a la superficie del slido tiene un movimiento de
conveccin natural o forzado, la velocidad de transferencia del calor del slido al fluido
#o viceversa) se expresa mediante la siguiente ecuacin2
Q=h A s (TsT )=(TsT )
1/h A s
Q=h % (TwTf)
D#$%&:
':Es la velocidad de transferencia de calor en 3.
A: Es el "rea en m4.
Tw2Es la temperatura de la superficie del slido en 5.
T2 Es la temperatura promedio o general del fluido en 5 y ' es el coeficiente
convectivo de transferencia de calor en 36m4 .5
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El coeficiente ' es una funcin del sistema, de las propiedades del fluido, de la
velocidad del flujo y de la diferencia de temperatura. En muc'os casos correlaciones
empricas para predecir este coeficiente, pues es muy com(n )ue no pueda determinarse
por medios tericos, (GEANO*LIS+ 1,,-).
DEDUCCION DE LA ECUACION.
Figura
N1:7*ara una
pared plana8
Ecuacin de balance general de energa2
QEntrada+QGenera=QAcumulacin+QSalida (3.1)
Donde+
Eentra= velocidad de energa trmica )ue entra por la superficie de control
Esale= velocidad de energa trmica )ue sale por la superficie de control
Eacumulada= velocidad de energa trmica )ue acumula por la superficie de control
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E generada= velocidad de energa trmica )ue se genera energa por consiguiente la
ecuacin #9.:$ )ueda reducida
E sale=Eacumulada;;;;;.#9.4$
Q sale=Qacumulada ;;;;;. #9.9$
VELOCIDAD DE ENERGIA TERICA 'UE SALE DEL SISTEA
!a velocidad de transferencia de calor se lleva a cabo a travs de la superficie de control
)ue es el "rea de transferencia de calor como el "rea externa es m"s grande )ue el "rea
interna 'ay )ue definir con )ue se desea trabajar, como nuestro objetivo es determinar el
coeficiente global de transferencia de calor externo, debemos trabajar con el "reaexterna.
%e< 4 r e=< De=
Donde,
De> diametro externo del tan)ue
=< altura del agua contenida en el tan)ue
E//#$ %&3 %4&5# 67 3 87$4&7&$/ %& /3#7
QSale=UeA e (TWTa) ;;;.. #9.?$
VELOCIDAD DE CABIO DE LA ENERGIA TERICA ACUULADA
El proceso de enfriamiento se lleva a cabo dentro del tan)ue donde la temperatura del
agua disminuye y vara su contenido energtico. El termino acumulacin se refiere al
calor sensible )ue experimenta el agua de enfriamiento.
Qacumulado=d (mCT w)
dT ;;;; #9.@$
!a masa, del agua en el tan)ue no vara y considerando )ue el calor especfico del agua
del tan)ue no vara con la temperatura la ecuacin #9.@$
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Qacumulado=
mCdTw
dt (3.6)
Remplazando (3.4) y (3.6)
mCd tw
dt=UeA e (TWTa)
d tw
(TWTa)
=UeA e
mC
dt ..(3.7)
d tw=d (TWTa ) (3.8)
Reemplazando la ecuacin () en (a):
d (TWTa )(TWTa)
=UeAemC
dt #9.A$
Bntegrando la ecuacin anterior.
TW=TW0
TW=TW d (TWTa )(TW
0
Ta)=
UeA em C
t=to=0
T=t
dt ;;. #9.:>$
ln [ (TWTa )(TW0
Ta) ]=UeA e
mCt ;;..#9.::$
Bgualando a una ecuacin lineal.
!=a+"#
!="#
!=ln
[(TWTa )
(TW0Ta)
]
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"=UeAemC
=endiente
En el semilogaritmico se obtiene una lnea recta cuya pendiente es igual a
a= UeAe2.3026m C
IV) ATERIALES 9 E'UI*OS
1. E6# %& 8&7;#488# ecipiente cilndrico de aluminio agua
termmetros e)uipo de baCo mara balanza analtica probetas cronometro
V) *ROCEDIIENTO E$ %&3 ? C#$=&//>$ %&3 7&
F#7@% atural
N873 forzada
#7@% forzada
!a metodologa del proceso a seguir es idntica para los tres experimentos, los cuales se
resume en las siguientes pasos.
:. edir el di"metro interno y externo del recipiente del aluminio para determinar
el espesor.4. calentar agua en el termostato y transferir m"s o menos :@>>ml lleno al
recipiente cilndrico,9. pesar el recipiente cilindro vaco luego con el contenido del agua caliente, la
diferencia de masas, es la masa de agua utilizada para el experimento?. medir la altura del contenido de agua de enfriamineto, )ue conjuntamente con el
Denos permitir" determinar el "rea de transferencia de calor #%e< De=$.
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@. colocar un termmetro dentro del contenido del agua caliente para poder medir
la temperatura de enfriamiento y colocar otro termmetro cerca al recipiente
para poder medir la temperatura del aire.F. *ara la conveccin forzada del agua caliente )ue se enfra, utilizar el agitador
para creas turbulencia en el fluido midiendo primero el di"metro del rodete y
leyendo en el e)uipo el n(mero de revoluciones de giro del rodete.G. *ara la conveccin forzada del aire utilizar el ventilador con su respectivo
regulador de flujo.H. 1omenzar el experimento #tiempo ceroA con una temperatura DE! %IJ%
cercana a F>Kc y medir la temperatura del aire del medio ambiente.A. medir la temperatura de enfriamiento del agua cada tres minutos por el tiempo
de @> min para cada uno de los tres experimentos.
VI) CALCULOS
DATOS 9 CALCULOS E
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#1$ no era la misma temperatura para otra condicin como por
ejemplo %gua #1$ - %ire #1L$ )ue en realidad es una temperatura m"s
baja )ue la anterior, por esto cabe recalcar la importancia de este valor
de temperatura tomado. 0abemos )ue a mayor revolucin mayor sera la transferencia de calor
'acia el agua fra, pero como se observan los valores de J #coeficiente
global de transmisin de calor$, de las dos revoluciones observamos
)ue es al revs, esto fue tal vez debido a )ue no se puso un aislante en la
parte superior del recipiente, es por eso )ue a mayor revolucin mayor
prdida de calor 'acia el medio ambiente, por ende mayor es la
transferencia de calor del baCo ara 'acia el contenido de agua del
vaso precipitados. 0e sabe )ue la transferencia de calor a mayor revoluciones por minuto
es mayor, pero en la pr"ctica se determin )ue es a mayor revoluciones
es menor, lo cual se puede decir )ue como se realiz la gr"fica
manualmente se determin mal la pendiente.
En la parte de los c"lculos falta el tiempo es por esta razn )ue los datos
no coinciden con los experimentarles ya )ue el docente encargado le
falta mencionar, por ello esa parte no se pudo concretar.
II. CONCLUSIONES:
0e logr conocer el fenmeno de transferencia de calor por
conveccin forzada en un sistema aire agua.
*udimos determinar el coeficiente global de transmisin de calor
agua- aire.
VII. RECOENDACIONES:
1ontar con todos los materiales a disposicin, para realizar los
resultados.
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VIII. BIBLIOGRAFA
ARONS EDINA+ E%?7. 200 Mransferencia de 1alor. Jniversidad
acional 0an 1ristbal de =uamanga. Lacultad de Bngeniera &umica N
etalurgia. %yacuc'o *er(. *"g. :: a 4>.
GEANO*LIS C. J. 200 *roceso de transporte y operaciones unitarias8,
cuarta edicin. 1ompaCa Editorial 1ontinental, 0.% de xico8. *"g. :H>
4A>.
9UNUS A. CENGEL. 200 7Mransferencia de calor8 .4da. edicin.
Edit.cIraO-=ill.exico-4>>?. *"g. 4@ 9> y :9>-:?>.
OLAN 1,,,. 7Mransferencia de calor8, ctava edicin. 1I%3-
=B!!, Bnteramericana DE EspaCa, 0. %. *"g. :4F-:9>.