PRÁCTICA 13. SUPERFICIES EXTENDIDAS

I. OBJETIVO

Observar los procesos de flujo de calor a través de una aleta de sección transversal constante.

Objetivos específicos.

1. Comparar los cambios en el flujo de calor de una aleta de sección transversal constante y rectangular al transcurrir el tiempo y con un aporte de energía inicial.

2. Obtener la eficiencia de la aleta por medio del método matemático.

II. MARCO TEÓRICO

Las superficies extendidas son un equipo de transferencia de calor cuya función es cambiar la entalpía de una corriente. En otras palabras, un intercambiador transfiere calor entre dos o más corrientes de proceso a diferentes temperaturas.

La aplicación más frecuente es el uso de las superficies extendidas de manera específica para aumentar la rapidez de transferencia de calor entere un sólido y un fluido contiguo. Esta superficie extendida se denomina aleta.

Fig 1. Superficie plana, superficie extendida

Los mecanismos básicos de transferencia de calor entre un fluido y una superficie son:

- Convección en una sola fase, forzada o libre. - Convección con cambio de fase, forzada o libre: condensación o ebullición. - Una combinación de convección y radiación.

Cualquiera de estos mecanismos o una combinación de ellos pueden estar activos a cada lado de la pared del equipo. Por ejemplo, convección en una sola fase se encuentra en radiadores de automóviles, enfriadores, refrigeradores, etc. Convección monofásica de un lado y bifásica del otro se puede encontrar en evaporadores, generadores de vapor, condensadores, etc. Por su parte la convección acompañada de radiación térmica juega un papel importante en intercambiadores de metales líquidos, hornos, etc.

Su clasificación se distingue de la siguiente manera:

- De contacto directo o indirecto.- Mecanismo de transferencia de calor.- Número de fluidos involucrados.

Disposición de los fluidos:

- De paso único.- Flujo en paralelo.- Flujo contracorriente.- Flujo cruzado.- De pasos múltiples.

Tipo de construcción de intercambiador de calor:

- De doble tubo.- Tubo y Coraza.- De placas empacadas.- Espiral.- Superficie raspadora.- Serpentín.

III. MATERIAL

IV. PROCEDIMIENTO1. Poner a hervir agua de la llave en los vasos de 500 ml.2. Se vierten los vasos en el vaso de 1 tl para igualar sus temperaturas.3. Se distribuye una vez uniforme la temperatura en los vasos de 500 ml el

agua.4. Te coloca el agua en el cilindro sin aletas y con aletas al mismo tiempo.5. Se toma el tiempo y las temperaturas en el interior de los cilindros, en la

parte exterior del cilindro y en el caso de tener aletas se toma la

Material CantidadVasos ppt 500 ml 2Vaso ppt 1lt 1Guantes 2Plancha 1Termómetro de Mercurio 1Cilindro de aluminio 1Cilindro con aletas de aluminio

1

Caja con aletas de acero 1

temperatura en la aleta; con el termómetro de mercurio se toma la temperatura del agua.

6. Se procede a hacer los cálculos necesarios.7. Se sigue el mismo procedimiento para la caja con aletas.

I. CÁLCULOS

DimensionesÁrea Perímetro Largo aleta

0.0116 m2 0.213 m 0.038 m

Formulas a utilizarQ=√h PkA (T i−T ext ) tan h(mL)

h=2 w

m2KTiempo 0 min

kwmK

T i T ex Q

79.5 345.75K 320.15K 0.4143WTiempo 3 min

kwmK

T i T ex Q

79.5 343.15K 337.15K 0.0971WTiempo 5 min

kwmK

T i T ex Q

79.5 339.55 334.35K 0.0841Wn=0.9997

h=20 w

m2 KTiempo 0 min

kwmK

T i T ex Q

79.5 345.75K 320.15K 5.1658WTiempo 3 min

kwmK

T i T ex Q

79.5 343.15K 337.15K 1.2107WTiempo 5 min

m=√ hPkAn=tanh(mL )mL

kwmK

T i T ex Q

79.5 339.55 334.35K 1.0493Wn=0.9972

II. ANÁLISISLos resultados obtenidos para los diferentes flujos de calor en las aletas rectangulares fueron disminuyendo conforme avanzaba el tiempo, es decir, que la cantidad de calor que fluía por la aleta disminuía, lo cual es lógico ya que dentro del cubo no había una generación de calor, al contrario la energía dentro del cubo disminuía y viajaba a los lugares de menor temperatura, por lo que se va enfriando el agua, y el flujo de calor es menor.

Realizamos los cálculos con los valores máximo y mínimo del rango de coeficientes de convección térmica para el aire, en ambos grupos de cálculos los valores para la eficiencia de la aleta dieron valores arriba del 99% de eficiencia, por lo tanto deducimos que las aletas del cubo cuadrado de hierro son eficientes de manera aceptable.

III. OBSERVACIONES

En esta práctica pudimos observar como la transferencia de calor es más rápida en una superficie con aletas, que sin aletas en la prueba del cilindro sin aletas la temperatura del agua disminuía menos que en el cilindro con alteas debido a que en la superficie con aletas hay mas transferencia de calor por convección lo que hacía que las aletas absorbieran más calor. Otra de las observaciones de la practica fue que las aletas no eran del mismo material del cilindro y tampoco estaban pegadas totalmente al cilindro había huecos, lo cual pudo haber influido en nuestros resultados.

IV. FUENTES DE INFORMACIÓN(s.f.). Recuperado el Mayo de 2015, de https://guiasusb.files.wordpress.com/2013/09/tf2252-intercambiadores-de-calor-tipos-generales-y-aplicaciones.pdf