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INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA “DR. FEDERICO RIVERO PALACIO” DEPARTAMENTO DE PROCESOS QUÍMICOS

HORNO (INFORME)

Profesor: Sonia Di Silvestre Grupo: G6 Integrantes: Majonica Génesis Navas Lewensels Ortega Kevin Pernia Andreina

Caracas, 25 de octubre el 2012

HORNO

Grupo: G6

Integrantes Majonica Génesis Navas Lewensels Ortega Kevin Pernia Andreina

RESUMEN

Palabras claves.

INDICE

2

1.

NOMENCLATURA.

2.

TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES.

3.

MODELO DE CÁLCULO.

3.1 Cálculo del area de transferencia del horno. 3.2 Cálculo del area de transferencia de cada capa del horno. 3.3 Cálculo de la temperatura promedio. 3.4 Cálculo de la conductividad termica. 3.5 Cálculo del flujo de calor de cada capa del horno. 3.6 Cálculo del flujo de calor por conducción. 3.7 Cálculo del coeficiente de transferencia. 3.8 Cálculo del flujo de calor por convección. 3.10 Cálculo del flujo de calor total. 3.11 Cálculo de la potencia electrica. 4.

RESULTADOS.

5.

DISCUSIÓN DE RESULTADOS.

6.

CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES.

7.

ANEXO.

8.

BIBLIOGRAFÍA.

1 .NOMENCLATURA

3

Símbolo

Nombre de la variable

Unidad

Dimensión

H

Altura

m

L

At

Área de transferencia

m2

L2

K

Conductividad térmica

W/m °C

M.L.t-3.T

q

Flujo de calor

W

M.t-3

A

Intensidad de corriente eléctrica

P

Potencia eléctrica

T

A Watio

M.L2.t-3

Temperatura

°C

T

t

Tiempo

min

t

V

Voltios

2 .TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES 4

TABLA 1. Datos de Temperatura y tiempo, para verificar el régimen térmico del horno.

Tiempo

T1

T2

T3

T4

T5

T6

T7

T8

T9

T10

T11

T12

(min)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

(°C)

15

249 242

118

118 161

83

39

40

24

39

40

19

40

241 239 121 154 154

86

45

45

35

44

54

10

241 235 123 154

76

86

46

45

36

45

55

11

230 235 123 153

76

76

49

48

38

48

59

12

235 237 127 156

79

91

52

49

40

49

60

12

235 239 133 159 159

97

97

57

47

57

70

17

240 239 132 158

85

97

63

57

47

57

70

17

240 239 135 160

90

100

67

60

50

60

74

20

244 243 135 160

91

100

68

60

50

60

74

20

244 243 136 160

92

101

71

61

52

62

77

21

240 239 136 160

92

101

71

61

52

62

76

21

247 247 137 161

93

102

73

63

53

63

78

21

241 240 137 161

93

102

73

63

53

63

78

21

247 247 138 162

95

104

75

64

55

64

79

22

249 248 139 162

95

104

76

64

55

64

79

22

15

15

15

15

15

15

TABLA 2. Datos de Temperatura interior del horno. 5

Temperatura interior (°C)

200

TABLA 3. Datos de intensidad y voltaje para la potencia eléctrica. Intensidad

Voltaje

(A)

(V)

19

220

3. MODELO DE CÁLCULO

-

3.1. Cálculo del área de transferencia del horno: para la obtención del área de transferencia del horno se utilizo una cinta métrica para medir la altura y la base, multiplicado por el número de caras que está constituido el horno.

A=( B× H)×6

- 3.2. Calculo del área de transferencia de las capas que conforman el horno (a,b,c): para la obtención del área de transferencia de cada una de las capas , se debe calcular

6

primero la altura de cada una de las capas del horno, para luego ser multiplicada por cada base de las diferentes capas. -Altura de cada capa: Ha=H−( H 1 + H 2 ) −( H 3 + H 4 ) Hb=H−( H 1+ H 2 ) Hc=H −( H 1 + H 2 ) -Área de transferencia de materia de cada una de las capas. Aa=Ha× Ba Ab=Hb× Bb Ac=Hc × Bc

-3.3 .Cálculo de la temperatura promedio: este método se utiliza para obtener un promedio de las temperaturas internas y externas de cada una de las capas que conforman el horno. T 2 +¿T n T =¿

T1+

3 … ….

*Para la capa a, se utiliza para obtener la temperatura externa. *Para la capa b, se utiliza para obtener la temperatura interior y exterior.

7

*Para la capa c, se utiliza para obtener la temperatura interior u exterior. -3.4 Calculo de la temperatura promedios en las capas

Tpra=

Tia−Tea 2a

-3.5 Calculo de la conductividad térmica de las capas que conforman el horno (a,b,c): para obtener la conductividad térmica de las diferentes capas, se debe calcular una temperatura promedio con respecto a la temperatura interior y exterior de cada una de las capas. −6

Ka=0.06845+0.2912 ×10 ×Tpra

2

Kb=0.04686+ 0.3587× 10−6 ×Tprb2 Kc=0.31760+0.1215 ×10−6 ×Tprc 2

-3.6. Calculo del flujo de calor para las diferentes capas del horno (a,b,c): este método calculo se utiliza para hallar el flujo de calor que atraviesa ,por las distintas capas del horno que se rige por la ley de Fourier.

Qa=

Tia−Tea × Aa ea Ka 8

Qb=

Qc=

Tib−Teb × Ab eb Kb Tic−Tec × Ac ec Kc

-3.6. Cálculo del flujo de calor por conducción: se aplica la ley de Fourier , para una conducción en régimen térmico , atraves de una pared compuesta por tres cuerpo diferentes.

Qconducción=

∆T = Rtotal

∆ Ta ∆ Tb ∆ Tc + + Ea Eb Ec Ka × Aa Kb × Ab Kc × Ac

-3.7 Cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección natural: 1

∆T 4 h=1.4149× . H

( )

-3.8 Cálculo del flujo de calor por convección: para la obtención del flujo de calor por convección se rige por la ley de enfriamiento. Qconvección=h × A ×(Tw−Ta)

9

-3.9Cálculo del flujo de calor total: para el cálculo del flujo calor total se debe tomar en cuenta todas las resistencias que existen en el horno según el punto en que se requiere medir el flujo de calor.

Qtotal=

∆T 1 Ea Eb Ec 1 + + + + hi Ka× Aa Kb × Ab Kc × Ac hi

-3.10 Cálculo de la potencia eléctrica: se utiliza para obtener la potencia eléctrica que el horno requiere para suministrar la energía necesaria. P=I × V

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

TABLA 3. Flujo de calor en cada una de las capas que conforma el horno (a,b,c). Qa

Qb

Qc

(W)

(W)

(W) 10

6,305

1,069

0,243

TABLA 4. Flujo de calor por conducción, convección, total y energía suministrada. Qconducción

Qconveccion

Qtotal

Qsuministrado

(W)

(W)

(W)

(kW)

1.29

1.42

1,019

4.18

TABLA 5. Flujo de calor entre la temperatura interna y externa del horno.

Q (W) 0.972

11

TABLA 6. Flujo de calor entre la temperatura interna del horno y temperatura ambiente.

Q (W) 1.019

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En cuanto la puesta en régimen térmico del equipo durante el transcurso de la práctica, se aprecia que el espacio de tiempo en el cual se mantuvo el horno encendido no permite que la distribución de calor sea uniforme. Esto se refleja en la tabla # 2 donde se aprecian que los termopares correspondientes a cada capa ubicados en diferentes puntos de las mismas, no reflejan temperaturas que comparadas entre sí sean similares. Estas diferencias en las temperaturas de las capas influyen directamente en el cálculo de los calores por conducción.

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Los cálculos realizados respecto a los calores, fueron hechos con las últimas temperaturas obtenidas en la experiencia. En la última notación de datos las temperatura mantuvieron en un rango de variación de ±2gradosos los calores que atraviesan las capas del horno son distintos entre sí, esta diferencia responden principalmente a las características del equipo y los equipos de medición de temperatura.

En la capa “A” hay una mayor transferencia de calor esto puede ser debido a que la resistencia del interior del equipo se encuentra en contacto con esta capa lo que genera una conducción en la cual el calor que debería dirigirse hacia el interior del horno se pierde por las paredes, a su vez en la obtención de datos también se presenta una característica que influyo en que el resultado de flujo de calor fuera elevado, esta es la temperaturas T5y T6, la cual son bajas y cambia el valor del flujo, cabe acotar que el nivel 2 en el dial es el más difícil de manipular para que el valor reflejado sea razonable. .

La capa “B” presenta valores de temperatura en la cara externa los cuales son semejantes entre sí ( T7,T8,T9 y T10). Esto influyo en que esta capa tenga un comportamiento más idóneo en cuanto al flujo de calor; mientras que la capa “C” las diferencias en las temperaturas externas pueden ser las causantes de la caída en el cálculo de flujo de calor.

En el caso de cálculo flujo de calor entre la temperatura interna y externa, y, la interna y ambiental, se desprecia la convección interna esto debido a que esta refleja un resultado negativo, el cual altera el resultado del valor total.

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En la comparación entre los flujos de calor por capa con respecto al flujo calculado entre la temperatura interna y la externa, arroja que solo la capa “B” presenta una similitud con ese flujo. Las diferencias presente en las otras capas pueden corresponderse a factores como el funcionamiento de los termopares o a no haber alcanzado el régimen estacionario.

De igual manera el flujo de calor calculado entre la temperatura interna y ambiental, solo es símil con flujo de calor en la capa “B”. Las variación en las temperaturas medidas puede ser causada por: daños en los termopares, los cuales pueden ser separaciones en la unión fría daños en el cable de trasmisión, perdida en la sensibilidad del equipo a causa de altos flujos de calor ( en el caso especifico de las termopares de tipo k tienen límites desde 0 ºC hasta 1370ºC); a su vez este tipo de horno debe limitarse a las aplicaciones donde el flujo de calor sea lo más uniforme posible. Y que unas de las desventajas de los hornos de resistencia es la inercia térmica proceso en el cual el cuerpo adquiere pierde calor acumulado.

Al comparar el flujo de calor que disipa el horno a través de las paredes con respecto a la energía suministrada, se obtuvo que estos no son igual, debido a que el diseño del horno está basado en el calor que este pueda retener para calentar su interior y los productos que allí se encuentren.

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6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES



El régimen térmico no fue alcanzado.



El flujo de calor entre capas no es igual



La capa donde hay mayor flujo de calor es la capa “A”.



La capa “B” es la que tienen mayor similitud, con los flujos de calores evaluados desde la temperatura interna a la externa y desde la temperatura interna a la ambiental.



El flujo de calor que se pierde por las paredes es mucho menor al suministrado, esto se corresponde correctamente con el objetivo que tiene el diseño de un horno el cual es mantener el calor en su interior.

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Recomendaciones



Verificar que las recolecciones de datos se han coherentes con los objetivo, esto debido a que en algunos casos el equipo de medición refleja temperaturas que no son lógicas.



Verificar el funcionamiento y hacer mantenimiento especialmente al el canal #2 del dial. Debido a que este es el que es más difícil de manipular para que de una temperatura razonable.

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17

7. ANEXOS

18

8.BIBLIOGRAFIA. HERRERA JESÚS. (1987). Guía de mecánica de los fluidos. Caracas. IUT “Región Capital”

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