FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES ARAGÓN

Tabla de toma de lecturasFlujo de calor a presión constante

INGENIERÍA MECÁNICA

LABORATORIO DE MÁQUINAS TÉRMICAS

Práctica no. 5: “Equipo de transferencia de calor de dos fases”

Alumno: David Ricardo Fernández Cano V.

Fecha de realización:

Fecha de entrega:

DescripciónReferenci

a unidad 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10Voltaje v V 43 54 70 83 103 114 160 140 150 180

Corriente I A 0.65 0.71 1.05 1.25 1.55 1.75 2 2.1 2.25 2.7Temperatura del liquido T e °C 45 45 45 45 45 45 45 45 45 45Temperatura del metal Tm °C 50 52 60 66 76 84 96 104 115 215

Coeficiente de transferencia de calor total

DescripciónReferenci

a unidad valorFlujo de agua mw kg/h 8.6

Temperatura del agua a la entrada del serpentín T i °C 23

Temperatura del agua a la salida del serpentín T w °C 41

Temperatura de saturación del R11 T s °C 45Voltaje v V 103

Corriente I A 1.55

Desarrollo de la práctica

Transferencia de calor en el serpentín de refrigeración

Qw= (23.889kg/ s×10−4 )(4.186 kJkg°C ) (41−23 )° C=179.99W

Transferencia de calor en el calentador

Qe=(1.55 A ) 103V=159.65W

Transferencia de calor al medio ambiente

QD=(159.65−179.99 )W=−20.349W

Coeficiente de transferencia de calor total

θ1= (45−23 )° K=22° K

θ2= (45−41 ) ° K=4 ° K

θm=(22−4 ) ° K / ln (22/4 )=10.5587 ° K

U=179.99W /( .032m2×10.5587 ° K )=532.733W / (°K m2 )

Calor transferencia de calor

Q1=43V ( .65 A )=27.95W

Q2=54V ( .71 A )=38.34W

Q3=70V (1.05 A )=73.5W

Q4=83V (1.25 A )=103.75W

Q5=103V (1.55 A )=159.65W

Q6=114V (1.75 A )=199.5W

Q7=160V (2 A )=320W

Q8=140V (2.1 A )=224W

Q9=150V (2.25 A )=337.5W

Q10=180V (2.7 A )=486W

Flujo de calor

φ1=27.95W / .032m2=.873 kW /m2

φ2=38.34W / .032m2=1.198 kW /m2

φ3=73.5W / .032m2=2.297 kW /m2

φ4=27.95W /.032m2=3.2422 kW /m2

φ5=159.65W / .032m2=4.4891 kW /m2

φ6=199.5W / .032m2=6.2344 kW /m2

φ7=320W / .032m2=10kW /m2

φ8=224W /.032m2=9.1875 kW /m2

φ9=337.5W / .032m2=10.5469kW /m2

φ10=486W /.032m2=15.1875 kW /m2

Diferencia de temperatura

∆T 1=(50−45 ) ° K=5 ° K

∆T 2=(52−45 ) ° K=7 °K

∆T 3=(60−45 )° K=15 ° K

∆T 4=(66−45 ) ° K=21 ° K

∆T 5=(76−45 )° K=31 ° K

∆T 6=( 84−45 ) ° K=39 ° K

∆T 7=( 96−45 ) °K=51° K

∆T 8=(104−45 ) ° K=59° K

∆T 9=(115−45 ) °K=70° K

∆T 10=(215−45 ) ° K=170 ° K

Coeficiente de transferencia de calor

h1= .873 kW /m2/5 ° K=.1757 kW / (m2° K )

h2=1.198 kW /m2/7° K=.1712kW / (m2° K )

h3=2.297 kW /m2/15 ° K=.1531 kW / (m2° K )

h4=3.2422 kW /m2/21 ° K=.1544kW /(m2 ° K )

h5=4.4891kW /m2/31° K= .1609 kW / (m2° K )

h6=6.2344 kW /m2/39 ° K=.1599kW /(m2 ° K )

h7=10 kW /m2/51° K=.1961 kW / (m2° K )

h8=9.1875 kW /m2/59° K=.1557 kW /(m2 ° K )

h9=10.5469 kW /m2/70° K=.1507 kW / (m2° K )

h10=15.1875 kW /m2/170 ° K=.0893 kW / (m2° K )

Conversión de unidades para el flujo de agua

mw=8.6kg/h (1h/3600 s )=23.889×10−4 kg /s

Tabla de resultadosFlujo de calor a presión constante

Descripción Referencia Unidad ResultadoCalor transferido Q W 159.65

Flujo de calor a presión constante φ W /m2 4.989Diferencia de temperatura ∆T °K 31

Coeficiente de transferencia de calor h W /(m2 ° K ) 160.9Coeficiente de transferencia de calor total

Descripción Referencia Unidad ResultadoTransferencia de calor en el serpentín de enfriamiento Q W 179.999

Transferencia de calor en el calentador Q W 159.65Transferencia de calor al medio ambiente Q W -20.349Coeficiente de transferencia de calor total U W /(m2 ° K ) 532.733

Gráfica

Conclusiones y recomendaciones

De la grafica mostrada en la pagina 428 se muestra una discontinuidad en la curva de flujo de calor contra diferencia de temperaturas, sin embargo en las medidas proporcionadas para el desarrollo de la práctica no muestra este aspecto. Lo que se puede observar en la curva de ebullición y también de los datos en la memoria de cálculos es que el flujo de calor aumenta conforme aumenta la diferencia de temperaturas entre el metal y el líquido. El flujo de calor aumenta también con el calor transferido. En los cálculos de calor transferido y flujo de calor se puede observar que estos van incrementando, salvo en el caso de la lectura 8, la cual disminuye con respecto a la 7; esto se puede deber a un posible error en la toma de lecturas de la correspondiente medida de voltaje en la resistencia.

En el caso de la temperatura de saturación en el R11 parece haber una incongruencia, ya que la tabla de toma de lecturas menciona la temperatura de saturación como 45°C, mientras que en las características del R11 dice que su punto de ebullición es 23.8°C, lo cual son temperaturas muy

alejadas, ya que si a los 23.8°C el R11 pasa al estado gaseoso, entonces a los 45°C es probable que estuviera a una temperatura de sobrecalentamiento.

El proceso de transferencia de calor que se debe de observar en este equipo es el de convección, el cual se presenta en el mismo refrigerante. La ebullición convectiva se presenta cuando existe poca agitación molecular en las partículas que conforman al fluido y éste se encuentra todavía lejos de la temperatura de saturación por lo que el fenómeno de transferencia de calor no es muy notorio. Con la ebullición nucleada se tiene al fluido en la temperatura de saturación y el líquido comienza a evaporarse generando mucha turbulencia y por ello es más fácilmente observable. La ebullición pelicular es aquella que se da en la superficie de un líquido que está en contacto con un sólido a mayor temperatura, lo cual genera una película de vapor. Esta película impide el contacto directo entre el líquido y el sólido entorpeciendo con esto el proceso de transferencia de calor.