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7/25/2019 Transfer Informes

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INGENIERA MECNICA

LABORATORIO DE TRASNFERENCIA DE CALOR

ING. ROBERTO BUENAO

INFORME:

CONDUCCION EN BARRA CNICA DE BRONCE

JUAN SEBASTIAN CANO

21 DE MAYO DE 2015


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TEMA:BARRA DE SECCION CONICA

OBJETIVO:

Obtener una expresin matemtica para la distribucin de temperatura

Grafcar el perfl de temperatura en uncin de la distancia para cada un dels cass lad aislad ! lad n aislad"

Determinar el #alr experimental de cnduccin t$rmica %&' para el brnceamarill ! cmpararl cn el #alr teric"

MARCO TEORICO:

CONDUCCIN(ranserencia de calr en un medi estacinari cuand existe un )radientede temperatura* puede ser un slid un +uid"

,a cnduccin se cnsidera cm la transerencia de ener)-a de laspart-culas ms ener)$ticas a las part-culas mens ener)$ticas de unasustancia debid a las interaccines entre las mismas" ,a transerencia deener)-a pr cnduccin debe currir en la direccin de la temperaturadecreciente",a situacin en ls l-.uids curre cn ml$culas mens espaciadas ! cninteraccines mleculares ms uertes ! recuentes" /01

Cnduccin

LEY DE FOURIER

Esta le! permite cuantifcar el +u2 de calr cnducid a partir delcncimient de la distribucin de temperatura en el medi"

q =kT

El +u2 de calr transerencia de calr pr unidad de rea %34m5' es la#elcidad cn .ue se transfere el calr en la direccin x pr rea unitariaperpendicular a la direccin de transerencia* ! es prprcinal al )radiente

de temperatura* dt4dx* en la misma direccin"


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El si)n mens es una cnsecuencia del 6ec6 de .ue el calr se transfereen la direccin de la temperatura decreciente"

COEFICIENTE DE CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL BRONCE

El cefciente de cnducti#idad t$rmica es una caracter-stica de cadasustancia ! expresa la ma)nitud de su capacidad de cnducir el calr"

El cefciente de cnducti#idad t$rmica expresa la cantidad +u2 de calr.ue pasa a tra#$s de la unidad de superfcie de una muestra del material*de extensin infnita* caras plan paralelas ! espesr unidad* cuand entresus caras se establece una dierencia de temperaturas i)ual a la unidad* encndicines estacinarias"

Este cefciente #ar-a cn las cndicines del material %6umedad .uecntiene* temperatura a la .ue se 6ace la medicin'* pr l .ue se f2ancndicines para 6acerl* )eneralmente para material sec ! 07 8C%temperatura media de traba2 de ls materiales de cnstruccin' ! en trascasines* 9:: & %5;*0


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?artes del e.uip de traba2

ARTES DEL EQUIO1 Centr de e.uilibri

de masa @lt-metr 5

2 Barra cnica aislada 6 (ermcuplas7 Amper-metr 10 Salida de dats

na n aislada8 arcadr de

temperatura

11 Sprte base de

e.uip5 @lt-metr 0 12 Salida datsna

aislada9

Intercambiadr dease na aislada !n aislada

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Barradescubierta

cnica

arcadr para cadatermcupla

ROCEDIMIENTO:

Cnectar el mdul de ptencia cn la barra de seccin cnica" Cnectar el termmetr si uese necesari"

Re)ular el +u2 en el lad aislad ! n aislad se)n lsre.uerimients" ,ad aislad %00:>0=: cm94min' lad n aislad%0::>057 cm94min'"

?ner la ptencia re.uerida en el mdul" Valor del amperajeconsultar)

(mar ls dats re.uerids cn un inter#al de 0: minuts cada una*6asta lle)ar al estad estable"

Apa)ar el mdul ! de2ar .ue si)a circuland el a)ua pr el espacide ds 6ras 6asta .ue lle)ue a temperatura nrmal"


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CONDICIONES DE LA RCTICA: Se supne .ue la cantidad de calr transmitid pr la placa es i)ual a

la cantidad de calr )anad pr el a)ua" Obtener el estad estable de temperaturas en la barra" Caudal del a)ua ,ad aislad %00:>0=: cm94min' lad n aislad

%0::>057 cm94min' Re)istrar antes de encender la unidad las temperaturas del

ambiente* a)ua de suministr* ! de la barra" @lta2e de ensa! 00:@ltis"

,a temperatura en la termcupla nmer F n debe exceder de078C"

DATOSLADO NOAISLADO;ORA T1 T2 T7 T8 T5 T9 T T T6 T10

05::5=;*

550F*

00


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DATOS ARA REALI!AR LOS CLCULOS:

(emperatura ambiente %8C' 55"5

Caudal del lad aislad H%cm94min' 00: Caudal del lad n aislad 00:

Densidad del a)ua %&)4m9' 0:::

Caudal msic del a)uaH%&)46'

Caudal #lum$tric del a)ua H%m946'

Calr cedid del a)ua J3 %K' Distancia , %m' Lrea de cnduccin Ac Cnducti#idad t$rmica del brnce amarill &exp%K4m8&'

D&


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Clculo de la pendiente:

m=dr

dL

m x=0

x=L

dL=ro

dr

mL=ro

m=ro

L

=ro+m L

rea de seccin Circular: A c=2

Ac=(ro+mL)2

El calor generado por el agua:qw=mw ( u2u1 )

mw=V

Calor por conduccin:

q=KA (T2T1 )L

Kexp= qwL

A (T2T1 )

Remplazando el rea:

Kexp= qwL

(ro+mL)

2

T


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Modelo matemtico para la distribucin de temperatura:

Tomando en consideracin los siguientes puntos para el clculo de la conicidad (referencia

el esquema), tenemos:

P1 (X0, r 0 ) ;P2(X1, r 1)

(r 1r 0 )X+(X0X1 ) r+(X1r 0X0r 1)=0

r=(r 1r 0 )XX1X0

+X1r 0X0r1

X1X0

D=2[(r1

r0

)XX1X0 +X1

r0

X0

r1

X1X0 ]=X+(1)

Donde:

= r 1r 0X1X0

(2); =X1r 0X0r 1

X1X0(3)

El rea de una seccin circular es:

A= D

2

4(4)

Remplazando () en (!)

A=(X+)2

4(5)

"a le# de $ourier nos indica que:


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qx=kAdT

dX(6)

Remplazando (%) en (&):

4 qxdX

(X+)2=k dT(7)

'aiendo que qx # son constantes, si integramos (*) desde + -asta un + dentro del

cono, se determina que:

4qx

X1

XdX

(X+)2=k

T1

T

dT

4qx

( 1X++ 1

X1+)=k(TT1 )(8)

Despe.ando T en funcin de +, de la ecuacin (/), se tiene:

T(X)=T1+4qx

k( 1X+ 1X1+)(9)

0plicamos la segunda condicin de frontera (1) en (2) para lograr otener una funcin

para qx :

T0=T1+4qx

k( 1X0+ 1X1+)(10)

'e despe.a qx de () # se llega a:

qx= K(T0T1 )

4 ( 1X0+ 1

X1+)(11)

Reemplazando () en (2), se tiene:


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T(X)=T1+(T0T1 )[ 1

X+

1

X1+1

X0+

1

X1+](12)

(12) Distribuci d!t!m"!r#tur#!u# b #rr# d! s!ci cic#

CUESTIONARIO

O?#$)$% +)" $=%$


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% U0'

% 0%' U

0%0''

%0

%'U

0%0'

' 0

Reemplaams 9 en =

Despe2ams la temperatura

Inte)rams ambs lads de la ecuacin

Ns da cmresultad

Despe2ams el +u2 de calr ! usams la cndicines del extreme de labarra* es decir* asumims .ue en extrem tenems una xl ! una ( (amb"

Reemplaams %;' en %7' !a .ue se cnsidera un +u2 de calr cnstante

G%","% $' =$%' *$ #$/=$%"#+%" $) +),&@) *$ '" *&


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T$/=$%"#+%"

L()>+*

: ;99F:*< ;

9F*0 00=*0959*; 075*55


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De la ecuacin

Despe2ams el #alr de X ! para ls #alres 6allads en F: min de

R%x':":57* R%x0':":59* ! #alres de ( del punt (5 ! (0: se reemplaan

! se encuentra en el #alr de X

k=370,8

@alr teric del X del brnce es 0


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q=3403.4 %

De la ecuacin

Despe2ams el #alr de X ! para ls #alres 6allads en F: min de

R%x':":57* R%x0':":59* ! #alres de ( del punt (5 ! (0: se reemplaan

! se encuentra el #alr de X

k=505,1

@alr teric del X del brnce es 0


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Esta ecuacin se reduce a R%Q' :":57= P :"5;5;QSi Q0;9mm R %Q0':":59 mSi , 9;0"7mm R %,':":07F m

Si Q;mm %(ermcupla (5' R %Q' :":59=m

Ttiliand la expresin matemtica btenida* ms adelante ! reemplaand

ls dats mencinads btenems

(22.270 )1

0.0159

1

0.0237

( 10.0234 1

0.0237 )+70=T

(


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3 Se determin .ue la barra n lle) al estad estable* pr.ue durante

el tiemp las temperaturas si)uen #ariand"

3 ,a (emperatura .ue re)istran las termcuplas ms prximas al

mdul dnde se encuentra la resistencia es ma!r .ue a.uella de

las termcuplas .ue se encuentran ms ale2adas de $ste sea el cas

de la seccin aislada* cm de la n aislada"

3 ,a temperatura de salida del a)ua de la parte aislada es siempre

ma!r a la de la parte n aislada" , cual cmprueba .ue el

aislamient es indispensable si se re.uiere .ue la ener)-a calrica se

pierda en m-nimas cantidades* cuand se cnduce un +uid de un

extrem a tr en un material slid"

3 El )rfc (emperatura #s (iemp muestra .ue cnrme #a

a#anand el tiemp* la temperatura #a creciend ! estabilindse*

tant en la parte aislada* cm en la parte n aislada pr l tant* la

temperatura es directamente prprcinal al tiemp .ue se apli.ue

ener)-a a una barra* pr.ue $sta se transmitir pr cnduccin"

3 ediante ls clcul realiad se pud determinar .ue existe una

ma!r transerencia de calr en la na asilada .ue en la na naislada pr l cual pdems acnse2ar .ue para la industria se debe

utiliar aislamients t$rmics para as- e#itar p$rdidas de calr !

efciencias

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