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UNIVERSIDAD MAYOR REAL Y PONTIFICIA DE SAN FRANCISCO XAVIER DE CHUQUISACA

FACULTAD DE TECNOLOGIA NOMBRE DE LA MATERIA: PRACTICO N°:

Laboratorio de Operaciones Unitarias II (PRQ – 202 )

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TITULO DEL TEMA:

Transferencia de calor por convección

GRUPO:

Miércoles 9-11

UNIVERSITARIOS: ▪ Choque Merina María Elena ▪ Pinedo Yavo Julia

Ing. Química Ing. Química

FECHA DE ENTREGA DE LA PRÁCTICA: 31/10/2018 NOMBRE DEL DOCENTE:

Ing. Epifanio Pacheco SUCRE – BOLIVIA

CONVECCION 1

INTRODUCCIÓN La convección es una de las tres formas de transferencia de calor. Se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido, gas o plasma) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. La convección en sí es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida). En la transferencia de calor libre o natural, un fluido es más caliente o más frío. En contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido. La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del enfriamiento de Newton: Comportamiento de un fluido en la transferencia de calor

Cuando un fluido cede calor sus moléculas se desaceleran por lo cual su temperatura disminuye y su densidad aumenta siendo atraída sus moléculas por la gravedad de la tierra.

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Cuando el fluido absorbe calor sus moléculas se aceleran por lo cual su temperatura aumenta y su densidad disminuye, lo que lo hace más liviano. El fluido más frío tiende a bajar y ocupa el nivel más bajo de la vertical y los fluidos más calientes son desplazados al nivel más alto, creándose así los vientos de la tierra. La transferencia térmica conectiva consiste en el contacto del fluido con una temperatura inicial con otro elemento o material con una temperatura diferente En función de la variación de las temperaturas, variarán las cargas energéticas moleculares del fluido, y los elementos interactuantes del sistema realizarán un trabajo, donde el que tiene mayor energía o temperatura se la cederá al que tiene menos temperatura. Esta transferencia térmica se realizará hasta que los dos tengan igual temperatura; mientras se realiza el proceso las moléculas con menor densidad tenderán a subir y las de mayor densidad bajarán de nivel. Las moléculas que se encuentran en las capas inferiores aumentan su temperatura. 1. OBJETIVOS: 1.1. 

OBJETIVOS GENERALES:

Determinar la transferencia de calor en la convección.

2. MARCO TEORICO: El calor, o energía térmica, se debe al movimiento atómico que produce un incremento en la temperatura de los cuerpos. El calor puede transmitirse entre dos cuerpos de diferentes temperaturas pasando siempre del cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura. La transferencia de calor puede llevarse a cabo por dos procesos diferentes: conducción y convección. La transferencia de calor por conducción se refiere al paso de energía entre moléculas adyacentes. Por ejemplo, cuando aplicamos calor a una barra de metal en un punto específico, el calor se extiende por la superficie y se transfiere a las superficies que entran en contacto con ella. El caso de la convección está limitado a los fluidos como el aire o el agua. Cuando se calienta un fluido disminuye su densidad, de manera que el área que ha sido calentada se desplaza 3

hacia arriba empujando hacia abajo a las partes con temperaturas más bajas. En la convección el calor se transporta por medio de corrientes en ascenso y descenso del flujo. Ecuaciones para convección

Convección natural en espacios cerrados a. La longitud característica es el espesor de la capa de fluido, L, entre las dos superficies involucradas, que se encuentran a temperaturas T1 y T2. b. La altura de la cavidad se denota como H c. Los números adimensionales se definen según:

d. Todas las propiedades se evalúan a la temperatura promedio de las dos superficies T* = (T1+T2)/2 Transmision de calor por conveccion Cuando un fluido circula en contacto con un solido , por ejemplo por el interior de una tuberia ,existiendo una diferencia de temperatura entre ambos , tiene lugar un intercambio de calor . esta transmicion de calor se debe al mecanismo de conveccion . El calentamiento y enfriamiamiento de gases y liquidos son los ejemplos de transmicion de calor por conveccion . dependiendo de si el flujo del fluido es provocado artificialmente, esto provoca un movimiento laminar o turbulento del fluido. 3. MATERIALES Y REACTIVOS: 3.1. 

Materiales:

Termocupla 4

 Cilindro interno de papel  Cilindro externo de acetato  Foco  Soporte del foco 4. MONTAJE EXPERIMENTAL Y PROCEDIMIENTO: 4.1. Montaje experimental.

4.2. PROCEDIMIENTO: 1. Armar el equipo. 2. Encender el equipo hasta que el cilindro inferior empiece a da vueltas . 3. Controlar las T inferior y T superior con respecto al tiempo desde un t=0. 4. Tomar 5 datos de T inferior y T superior con respecto a 5 tiempos después del t= 0. 5. Calcular T promedio para leer Cp del aire. 6. Calcular velocidad angular. 7. Calcular transferencia de calor por convección. 5. TABULACION DE DATOS Nº

Tiempo min

Temperatura 1

Temperatura 2

5

1

0

18

43

2

2

19

47

3

4

17

49

4

6

13

48

5

8

17

51

6

10

19

52

h=21 ,3 cm=0,213 m D=8 ,5 cm=0,085 m→ r=0,0425 m 13 rpm ρ=1,204

kg T =20 ºC m 3 ambiente

6. ECUACIONES A UTILIZAR

Q °=m°∗Cp∗(T 2 −T 1 ) m° =ρ∗A∗ω∗r Q °=ρ∗A∗ω∗r∗Cp∗(T 2−T 1) 7. CALCULOS θ=13∗2 πrad=26 πrad θ 26 πrad rad rad ω= = =0,681 =40,841 t 120 seg seg min Ac =2 π∗r∗( h+ r )=2 π∗0,0425∗( 0,213+0,0425 ) =0,0683 m2 Nº

Temperatura 1

Temperatura 2

T media

Cp aire

ºC

ºC

ºC

( J/ Kg*K) 6

1

18

43

30,5

2

19

47

33

3

17

49

33

4

13

48

30,5

5

17

51

34

6

19

52

35,5

1007

Q °=ρ∗A∗ω∗r∗Cp∗(T 2−T 1) Q °1=1,204

kg rad J J ∗0,0683 m2∗0,681 ∗0,0425 m∗1007 ∗ ( 316,15−291,15 ) K=59,9174 =59,9174 W m3 seg Kg∗K s

Q °2=1,204

kg rad J J ∗0,0683 m2∗0,681 ∗0,0425 m∗1007 ∗( 320,15−292,15 ) K=67,1074 =67,1074 W m3 seg Kg∗K s

Q °3=1,204

kg rad J J ∗0,0683 m 2∗0,681 ∗0,0425m∗1007 ∗( 322,15−290,15 ) K=92,340 =92,340 W m3 seg Kg∗K s

Q °4 =1,204

kg rad J J ∗0,0683 m 2∗0,681 ∗0,0425 m∗1007 ∗( 321,15−286,15 ) K =100,997 =100,997 W m3 seg Kg∗K s

Q °5=1,204

kg rad J J ∗0,0683 m 2∗0,681 ∗0,0425m∗1007 ∗( 324,15−290,15 ) K=81,488 =81,488 W m3 seg Kg∗K s

Q °6=1,204

kg rad J J ∗0,0683 m 2∗0,681 ∗0,0425 m∗1007 ∗( 325,15−292,15 ) K=79,091 =79,091W m3 seg Kg∗K s

Tabulación de resultados Nº

Qº(W )

1

59,9174

2

67,1074

3

92,340

4

100,997

7

5

81,488

6

79,091

8. CONCLUSIONES En esta práctica se pudo determinar la transferencia de calor en la convección para cada tiempo donde calor ganado ha aumentado bruscamente, esto se debe al calor cedido. Donde el aire es conveccionante a través del cilindro durante la práctica así también se puede notar que después de un tiempo el calor empieza a disminuir nuevamente. La convección mediante la cual se puede transferir calor de una región cálida a una fría mediante factores como el área, la longitud, densidad y otras propiedades, se usa para el intercambio de energía entre una superficie sólida de un fluido o gas en un ventilador u otro dispositivo mecánico. 9. BIBLIOGRAFÍA HERRERA, F., 2014. SGCG. [En línea] Available at: http://sgcg.es/articulos/2014/08/18/transferencia-de-calor-por-conveccion-3conveccion-natural-y-conveccion-forzada/ KREIT, F., 2013. PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR. SEPTIMA ed. s.l.: CENGAGE LEARNING. http://tesis.pucp.edu.pe/repositorio/bitstream/handle/123456789/5421/SOTOMAYOR_DENIS_ SIMULACION_NUMERICA_INTERCAMBIADOR_CALOR_FLUJO_TRANSVERSAL_ALETEA DO_ANEXOS.pdf?sequence=2 10. ANEXOS.

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