Profesora:Prez Naiyelis Ciudad Guayana, Julio 2015.

DETERMINACION EXPERIMENTAL DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR CONVECTIVO EN LA SUPERFICIE DE UNA ESFERA DE COBREExposicin del Problema

Durante el planteamiento se expresa una clara precisin, del problema a desarrollar durante el estudio determinado en donde el autor toma referencias de experimentos de carcter similar y referencias bibliogrficas para tener una visin del comportamiento que tendr dicho experimento; teniendo en cuenta los trminos necesarios tales como el mdulo de Biot, considerando que este mtodo solo puede emplearse si y solo si, el nmero de Biot es menor a 0,1 para obtener errores menores al 5%, tambin considera el gradiente de temperatura en el cuerpo de estudio y la variacin de esta con respecto al tiempo estimado. Los resultados presentes durante la determinacin experimental del coeficiente de trasferencia de calor de una esfera de cobre fueron obtenidos haciendo uso de un sencillo aparato de manufactura casera, en donde se estableci primero un prototipo bajo ciertos parmetros definidos en la realizacin, junto con otras variables involucradas en el proceso. Existen otros mtodos para la determinacin del coeficiente convectivo pero conllevan a un estudio mucho ms profundo del problema, el entendimiento de nuevos conceptos, equipos de una alta precisin con un bajo porcentaje de errores, la presencia de nuevas variables debido a la modificacin del mtodo de estudio y el aporte econmico que se le deber invertir para su desarrollo.Revisin Literaria y Justificacin Terica

En el artculo de investigacin el autor presenta muy claro y concreto, los conceptos en cuanto a los fundamentos tericos bsicos resaltando con suma importancia la conocida Ley de enfriamiento de Newton. Al profundizar en el estudio, el problema es considerado como mtodo experimental para el desarrollo de la experiencia del mtodo de enfriamiento o calentamiento newtoniano, tambin conocido como mtodo de capacidad calorfica global o mtodo de capacidad trmica de bloque de la cual parte como ecuacin base en relacin, a las variables a utilizar y debido a la presencia de condiciones inestables en el transcurso del estudio se establece que este mtodo es el ms efectivo. Una vez realizado el experimento este arrojo un valor del 95% de confianza, el cual proporciona un alto grado de confiabilidad, ya que el nmero de Biot que se obtuvo fue inferior a 0,1, se garantiza un error mucho menor al 5%.

Poblacin Y Muestra

El investigador aplica la experiencia de la bsqueda del coeficiente convectivo para una esfera de cobre ya que se establecieron los parmetro, condiciones y clculos para la misma, pero tambin dicho mtodo puede ser aplicado para otra poblacin, tales como placas y cilindros en donde se garantiza que el experimento se acerque lo ms posible al xito, y que el nmero de Biot de los cuerpos geomtricos de estudio sea inferior al lmite.La muestra a la cual se le aplicara el estudio es una esfera de un dimetro de 1 pulgada hecha de cobre. Se eligi este elemento porque el cobre tiene una magnifica capacidad de conducir el calor; propiedad importante ya que en torno a esta parte, el estudio y otras propiedades lo hacen el elemento ideal para el anlisis del coeficiente convectivo. El investigador escogi este tamao de la muestra porque est realizando el experimento a un nivel micro debido a que el diseo para el cual fue elaborado el instrumento de anlisis no es de carcter industrial y se ajust a un tamao ms compacto con la misma eficiencia que la realizada en un laboratorio con condiciones de trabajo ms crticas para el desarrollo de experimentos.Instrumentos

Basndose en los diseos que ideo el investigador en conjunto con las caractersticas de cada equipo y las condiciones a las cuales ser sometido el experimento, se lograra determinar resultados dentro de rangos ya estipulados. El analista toma en consideracin estos y otros aspectos con la aplicacin de curvas o representaciones al final de cada anlisis para verificar que sus resultados son certeros y tengan un grado aceptable de confiabilidad.Con el uso de una maqueta experimental en donde se utiliza, para crear un simulacin con las caractersticas tanto del objeto de estudio como el comportamiento que tendr todo el sistema (equipos y muestra de estudio) y el desarrollo de una experiencia piloto, el autor considera que los instrumentos funcionan apropiadamente y que los datos obtenidos a travs de su utilizacin son considerados fiables.

Dentro de los instrumentos utilizados para el experimento se encuentran los siguientes: tnel de viento fabricado con un motor de secadora de pelo de 110 Vac, dentro de un ducto de PVC; dos termmetros digitales con termopares tipo K, caja de circuitos con revestimiento de papel de aluminio, eje giratorio.

Procedimiento de Recoleccin de datos

El analista no deja en claro la presencia de variables externas en la realizacin del experimento por lo tanto si fue tomado un control sobre estas variables las cuales podran afectar los valores obtenidos para la determinacin del coeficiente de transferencia de calor convectivo, no fueron especificados en el artculo. Sin embargo, aunque no haya estipulado de manera concreta las variables que pueden ser afectadas o que precauciones tomo, para que el ndice de error fuera inferior al 5% , su experimento es muy certero al ser realizado bajo fundamentos termodinmicos con relacin al concepto de transferencia de calor y propiedades conductiva de los materiales, as como su coeficiente de radiacin y emisividad del elemento el cual est fabricado la muestra, no pone en duda la veracidad de los funcionamientos de los instrumentos utilizados y los datos obtenidos con estos ya que fueron diseado con partes de materiales de uso comn y sus resultados fueron exitosos, esto quiere decir, que se pueden reproducir o recrear con ms precisin y exactitud en otro estudio con caractersticas similares.

Debido a ciertas condiciones donde se encuentra expuesta la esfera de cobre , la cual su superficie ha sido pulida para eliminar cualquier rastro de oxidacin en la pieza si presenta, pueden estar involucradas una temperatura inferior a la temperatura ambiente (fra), presencia de humedad , debido a das nublados, esta no es alterada en el sentido de que todos los anlisis o estudios obtenidos son basados principalmente de la velocidad a la cual va descendiendo la temperatura en funcin del tiempo y cmo ser la variacin del coeficiente de conveccin mientras avance el tiempo, todos estos anlisis se basan de un mismo criterio de investigaciones previas de la pieza dentro de los cuales se encuentran la conductividad trmica del elemento, su densidad, capacidad calorfica, etc. Este es una investigacin que puede ser llevada a una escala de laboratorio industrial ya que cumple con varios criterios, fundamentos, tablas de ndices de errores, pruebas estadsticas, y equipos que no son capacitados a un nivel ptimo pero el fin es el mismo, que un equipo de laboratorio para su realizacin.Anlisis de Resultados

El autor muestra una descripcin concisa sobre los resultados que se esperaban obtener en donde expone mediante unas serie de graficas el comportamiento del cuerpo, cuando es suministrado una temperatura y su relacin con el tiempo mediante un proceso de enfriamiento lento en donde lo presenta en dos casos, cuando el experimento est sometida a altas temperaturas, hasta mayores de 650C, en donde se identifica que el comportamiento de esta curva es de primer orden, y en donde las suposiciones realizadas para el numero de Biot fueron vlidas para este caso. Luego el otro caso se someti a la exposicin de un flujo de aire en donde se quiere lograr que la temperatura descienda desde 600C hasta que alcance la temperatura ambiente de 25C; se plantea que el experimento alcance un 63,2% de progreso el cual se traduce en reduccin de temperatura de hasta 236C. Con estos clculos el investigador obtiene una constante de tiempo con un valor de 189 segundos, utilizando la interseccin en la grfica para hallar este valor. Con los valores obtenidos y teniendo en cuenta la relacin que existe entre la variacin de la temperatura con respecto a la variacin del tiempo, el autor procedi al despeje de la constante convectiva (h) utilizando la ley de enfriamiento Newtoniana aplicndola para un rango de temperatura desde 600C a 100C en las cuales arrojo una serie de valores de h para cada rango como se necesitaba conocer , era un nico valor de h , se aplic la media aritmtica a estos valores, el cual se dio a conocer que el valor era de 80, 53 J/m2C, en donde posteriormente se le aplic una desviacin estndar para conocer cul es la variacin con respecto a nuestro valor promedio en donde esta tiene un valor de 17,85 J/m2C.Una vez terminado de conocer los datos necesarios, es importante conocer cual preciso o confiables son estos valores, para esto se realiza la determinacin de un intervalo de confianza en donde se obtiene un 95% para el valor de h, este mismo mtodo es aplicado para el clculo de un rango de tiempo para tener una confirmacin del tiempo calculado (189 segundos) mediante el uso de la interseccin de la grafica este presente dentro del rango, rango que va desde 170 segundos a 197 segundos. Y para un coeficiente de trasferencia de calor por radiacin se obtuvieron valores muy pequeos y aplicando el uso de la ley de Stefan-Boltzmann se obtiene un valor de 0,63 a 3,89 J/m2Cs. Si se compara el orden de los valores de h haciendo uso de los mismos mtodos utilizados para la determinacin del coeficiente de transferencia de calor convectivo, donde luego se demostr mediante una representacin grfica que el coeficiente de trasferencia de calor por radiacin depende estrechamente de la temperatura por lo consiguiente se establece que si la temperatura disminuye tambin lo har la magnitud del coeficiente de transferencia de calor por radiacin.El investigador basndose en los datos que obtuvo, aseguro que mediante todos los procesos y etapas llevadas durante el experimento, dedujo que el valor de h necesario (basndose en las condiciones a las cuales armo el experimento, el cual fue para el caso de una esfera), obtuvo un valor de 80 J/m2C. Y cuando se requiera poner en desarrollo para una placa o cilindro tenemos que entrar en un anlisis descriptivo y fundamental , de como ciertas caractersticas de estos cuerpos afectaran la eficacia durante el desarrollo del estudio y tambin como los elementos con los cuales fueron diseados y como algunas de sus propiedades son ventajosas en el anlisis.

Conclusiones

Durante el desarrollo del experimento se comprob que este estudio no solo aplica para un solo tipo de cuerpo geomtrico sino para otros que cumplan con los fundamentos tericos de los cuales se basa este anlisis, as como ciertas condiciones necesarias para su logro, teniendo en cuenta los valores obtenidos durante la experiencia en donde se logr conseguir un valor especifico del coeficiente de transferencia de calor convectivo para cierta muestra de estudio, tomando tambin la relacin de la misma con el tiempo y su velocidad de enfriamiento y a su vez se aprovech a la bsqueda del coeficiente de transferencia de calor por radiacin cumpliendo con las reglas establecidas para su determinacin la ley de Stefan-Boltlzmann, concluyendo que mientras ms descienda la temperatura ms pequeo ser este coeficiente, debido a que el autor describe en el artculo que su ensayo tuvo una gran exactitud y poco porcentaje de errores, no describe aquellas variables o condiciones que pudieron haber afectados sus resultados por lo que se analiza que el investigador consider todas aquellos escenarios, perturbaciones antes del montaje que pudieran comprometer todo el experimento usando para su xito distintos tipos de referencias que fueron tomadas como estudios similares, referencias bibliogrficas, trabajos de investigacin, del cual pudo haber tomado como punto de referencia, debido al desarrollo estructural del experimento teniendo en cuenta las bases necesarias y calidad de los valores, este anlisis puede ser tomado como una recomendacin o referencia para un estudio similar tomando lo fundamental si se plantea realizar un experimento a nivel ms profesional.Aunque el estudio tuvo muy buenas consideraciones, hay conclusiones las cuales el investigador no tomo en cuenta cuando finaliz el experimento, tales como la variacin del nmero de Biot para una esfera de cobre conforme avance el tiempo.UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL POLITECNICA

ANTONIO JOSE DE SUCRE

VICE-RECTORADO PUERTO ORDAZ

CATEDRA DE SIDERURGIA Y FUNDICION

FENOMENOS DE TRANSPORTE I

Bachilleres:

Carrillo Manuel C.I 20.602.324

Caraballo Maryelis C.I 25.393.512.

Rondn Evelin C.I 24.831.864.