4. conveccion natural y forzada PDF

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FENOMENOS DE TRANSPORTE II PRÁCTICA 4 CONVECCION NATURAL Y FORZADA RESUMEN/ PALABRAS CLAVES 1. OBJETIVOS 1. Estudiar experimentalmente los mecanismos de transferencia de calor en la convección...

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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE INGENIERÍA QUÍMICA CARRERA DE INGENIERÍA QUÍMICA LABORATORIO DE FENOMENOS DE TRANSPORTE II

PRÁCTICA 4 CONVECCION NATURAL Y FORZADA RESUMEN/ PALABRAS CLAVES 1. OBJETIVOS 1.1. Estudiar experimentalmente los mecanismos de transferencia de calor en la convección natural y forzada. 1.2. Determinar experimentalmente las variables que intervienen en el transporte de energía por convección. 1.3. Determinar el calor del coeficiente de convección forzada del agua y comparar el experimental con el teórico. 2. TEORIA 2.1. Convección Natural 2.2. Convección Forzada 2.3. Ley de Enfriamiento de Newton 2.4. Coeficiente de Convección 2.5. Número de Reynolds 2.6. Número de Nusselt 2.7. Número de Prandtl 3. PARTE EXPERIMENTAL 3.1. Materiales y Equipos  Vasos de precipitación  Embudos  Cronometro  Termómetro  Manguera de Plástico  Termómetro infrarrojo  Probeta 3.2. Sustancias y Reactivos  Hielo  Agua 3.3. Procedimiento PARTE A  Pesar una cantidad de cubos de hielo que puedan alcanzar en el equipo (Una por cada embudo).  Medir la temperatura inicial del hielo con el termómetro.  Colocar el hielo en cada uno de los embudos. Comenzar a tomar el tiempo.  Elegir uno y añadir aire al experimento.  En intervalos de 4 minutos, medir el volumen de agua líquida obtenida del hielo. (Si el volumen de líquido no se puede aprecia en la probeta, pesar el volumen del mismo).  Pesar el hielo remanente luego de realizar el número de mediciones propuestas. Ayudante/es de Cátedra:

Sofía Sosa

Cristel Carabali

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 Tomar la temperatura final del mismo PARTE B  Se mide el diámetro interno y la longitud de la manguera de plástico a utilizar.  Se coloca la manguera de plástico en la toma de agua, ajustándola de tal manera que no existan fugas.  En el otro extremo de la tubería se coloca un recipiente grande donde se receptará el agua.  Se abre la toma de agua regulando que el flujo que atraviese la tubería sea estable.  Mediante el termómetro infrarrojo se mide la temperatura de entrada y salida de agua por la tubería (ojo las dos temperaturas deben ser las mismas).  Registrar la temperatura ambiente.  Posteriormente con la toma de agua abierta y con la ayuda de un cronómetro se mide el tiempo que tarda en llenarse una probeta de 1000mL con el flujo de agua que sale al recipiente receptor.  Registrar los datos. 4. DATOS EXPERIMENTALES 4.1. Datos Experimentales PARTE A Tabla ... Datos de masa y temperatura para convección forzada y natural Convección Masa inicial ( g) Natural 63,064 Forzada 101,65

T inicial( °C) -4,3 -4,2

Masa final (g ) 42,481 0,3

T final ( °C) -2,2 -1,2

Tabla .... Datos de volumen y temperatura para convección forzada y natural Convección natural T( °C) V (ml) T( s) -4,3 1 240 -3,9 2 240 -3,4 3 240 -3,0 4 240 -2,6 5 240 -2,2 6 240 PARTE B

Fluido

Convección forzada T( °C) V (ml) T (s) -4,2 24 240 -2,5 52 240 -2 74 240 -1,2 84 240 -------

Tabla.. Datos experimentales Temperatura Temperatura Volumen de Salida, de entrada, V, cm3 ºC °C

Ayudante/es de Cátedra:

Sofía Sosa

Tiempo t, s

Cristel Carabali

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Agua

16,1 16,2 16,1 16,1

16,2 16,2 16,2 16,2

1000 1000 1000 1000

9,80 10,10 9,90 9,59

Tabla… Datos adicionales: Características del equipo Magnitud Característica 0,01905 Diámetro interno de la tubería Di, m 1,04 Longitud de la tubería, m 4.1.1. Datos Adicionales PARTE A Tabla… Datos de densidad a diferentes temperaturas. T ( °C)

Densidad (kg/m3)

0 (hielo)

916.2 917.5

-5

Fuente: http://www.vaxasoftware.com/doc_edu/qui/denh2o.pdf PARTE B

Tabla… Datos adicionales: propiedades del fluido

Fluido Agua

Temperatura T, °C 16 17

Densidad ρ, Kg/m3

Viscosidad μ, Pa*s

Conductivida d térmica del agua, W/m*K

999,03

Cp del agua, J/KgK 4185

0.001109

0,590274

0.001081

0,592213

4184

998,86

Fuente:

Tabla … Datos adicionales: Límites de coeficientes de tranferencia de calor por convección en flujo forzado para el agua Intervalo de coeficiente de Medio transferencia de calor por convección, h (W/m^2*K) 3000 Agua, convección Ayudante/es de Cátedra:

Sofía Sosa

Cristel Carabali

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forzada Fuente:

Tabla … Datos adicionales: Valores de las Constantes C y a para diferentes rangos de Reynolds para determinar el Número de Nusselt

Rangos de Reynolds 1 - 40 40 - 103 103 – 2x105 2x105 – 106 Fuente:

C

a

0,75 0,51 0,26 0,076

0,4 0,5 0,6 0,7

5. CÁLCULOS. PARTE B 5.1. Caudal 3 m V = t s 3 1m Q= 9,85 s Q=¿ 0,10154862

Q,

(1)

5.2. Área de flujo π Di2 4 π 0,019052 A= 4 A ,=0,00028488 m 2 A , m2 =

(2)

5.3. Velocidad del fluido en la tubería Q A 0,10154862 v= 0,00028488 m 2 v =¿ 356,462947 v , m/s=

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Sofía Sosa

(3)

Cristel Carabali

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5.4. Diámetro hidráulico (en caso que tubería no haya estado completamente llena) 4∗A ( Área de sección transversal al flujo) D eq = p . m .( perímetro mojado) 4∗A D eq = πD (4) 4∗0,00028488 m 2 D eq = π 0,01905 D eq =0,01905 m

5.5. Número de Reynolds ℜ=

ρv D eq μ

m kg )356,46( )0,01905 m 3 s m 0.001109 Pas ℜ=¿ 6117251,8

999,03 ( ℜ=

(5)

5.6. Número de Prandlt Cp∗ μ k 4185∗0.001109 Pas Pr= W 0,590274 mK Pr=¿ 7,86272985 Pr=

(6)

5.7. Número de Nusselt ( C y a se obtendrá a partir del Reynolds) 1 a

Nu=C∗ℜ ∗Pr 3 0,7

1 3

Nu=0,076∗6117251,8 ∗7,86272985 Nu=8508,97

5.7. Coeficiente de convección de calor Nu∗K h= Di

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(7)

(8)

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8508,97∗0,590274 h=

W mK

0,01905 m h=263532,55

5.8. Porcentaje de error −hexp ∗100 | hteórico hteórico | 3000−263532,55 %E=| |∗100 3000 %E=

(9)

%E=86,84 6. RESULTADOS PARTE A Realizar un cuadro de observaciones PARTE B Tabla… Resultados Fluido

Caudal Q, m3/s

Velocidad v, m/s

Re

Pr

Nu

hexperimental

hteórico

%E

Agua

7. DISCUSION 8. CONCLUSIONES 9. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 9.1. Citas Bibliográfica 9.2. Referencias 10.

ANEXOS

9.1. Diagrama del equipo

Ayudante/es de Cátedra:

Sofía Sosa

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