Informe de laboratorio 9 Conductividad Térmica Equivalente de un Estrato de Partículas PDF

Preview

Summary

Download Informe de laboratorio 9 Conductividad Térmica Equivalente de un Estrato de Partículas PDF

Description

UNIVERSIDAD CATÓLICA BOLIVIANA “SAN PABLO” UNIDAD ACADÉMICA REGIONAL COCHABAMBA Departamento de Ingeniería y Ciencias Exactas Ingeniería Química

Conductividad Térmica Equivalente de un Estrato de Partículas Laboratorio Procesos Unitarios II

Alejandro Gutierrez Medina Melissa Unzueta Schlink Pedro Ignacio Saldivias Mendez

Cochabamba – Bolivia Octubre de 2021

I-INTRODUCCIÓN La conductividad térmica es una de las propiedades físico-químicas más importante de las sustancias que interviene en los cálculos de transferencia de calor. La conductividad térmica de un estrato encerado de partículas es una conductividad térmica equivalente ya que se determina en presencia de las partículas sólidas y en presencia del fluido que se encuentra en el espacio libre entre partículas. La conductividad térmica equivalente de los estratos de partículas es pequeña, un estrato así actúa como aislante térmico, debido a la conductividad térmica reducida del aire (con valores entre 0,0244-0,0321 W/m·ºC a presión atmosférica y temperatura entre 0 -100ºC). En un estrato de partículas, la transferencia de calor se hace entre partículas por conducción (por contacto entre partículas) y por radiación y conducción en el estrato de aire (no se forman corrientes de convección libre en el aire estacionario entre partículas). En esta práctica se determina la conductividad térmica equivalente para un estrato de polvo y un estrato de gránulos en dos aparatos similares (desde el punto de vista constructivo y funcional). El aparato se compone del estrato de partículas colocado en el espacio anular de dos tubos concéntricos. El tubo grande se caliente eléctricamente en el exterior y se aísla térmicamente y por el interior del tubo pequeño circula agua de enfriamiento. Se mide la temperatura en la superficie externa del tubo grande, el caudal de agua y la temperatura del agua a la entrada y la salida del tubo pequeño. Se calcula el flujo térmico y la temperatura en la superficie interna del tubo pequeño y con la relación de la conducción por paredes cilíndricos compuestos, se determina la conductividad térmica del estrato de partículas. II-OBJETIVOS -Medir la conductividad térmica del estrato de partículas que ocupa el espacio tubular entre dos tubos concéntricos mientras que por el tubo interior circula agua de enfriamiento. -Analizar el rol del estrato de partículas en la transferencia de calor. III- Materiales El esquema de principio del aparato:

1- Tubo exterior de acero para el sistema con polvo en el espacio anular y de vidrio para el sistema con gránulos 2- Tubo interior de cobre 3- Estrato de gránulos 4- Resistencia eléctrica de calentamiento aislada con anillos cerámicos 5- Autotransformador 6- Aislamiento 7- Vaso de nivel constante 8- Válvula de control de caudal 9- Termómetro para medir la temperatura de entrada de agua en el tubo central 10- Termómetro para medir la temperatura a la salida de agua del tubo central 11- Termocuplas 12- Interruptor 13- Mili voltímetro - Cilindro graduado - Cronometro IV-PROCEDIMIENTO 1-Establecer un flujo de agua por el tubo central 2-Conectar la resistencia de calentamiento para una tensión de aproximadamente 40 V.

3-Medir las dos temperaturas del agua y controlar el caudal de agua para obtener en régimen estacionario una diferencia de temperatura de 10-30ºC. 4-Cuando las temperaturas de salida de agua y las temperaturas medidas con las termocuplas se mantienen constantes se registran: el caudal de agua a la salida del aparato, las dos temperaturas de agua (de entrada y de salida) y la temperatura promedio en la superficie externa del tubo grande. 5-Al final de la práctica, interrumpir la alimentación con energía eléctrica y después de un tiempo necesario para el enfriamiento del aparato cerrar el flujo de agua. V-CÁLCULOS Y RESULTADOS Partículas Tubo L,mm De, mm Di, mm de, mm di,mm exterior Gránulos Vidrio 653 55 51 13 10 Polvo Acero 665 41 37 10 7,5 Se conocen: -Qv = caudal volumétrico de agua, m3/s a temperatura media del agua -t1 = temperatura inicial de agua, ºC -t2 = temperatura final de agua, ºC -te = temperatura media en la superficie externa del tubo grande Las propiedades del agua se miden a la temperatura promedio: t = (t1 + t2)/2 Caudal másico de agua: m = Qv·ρ , kg/s Flujo térmico absorbido por el agua: Q = m· c· (t2-t1) , W Velocidad de agua en el tubo interior: v = 4·Qv/π·di2 , m/s Número de Re = di·v·ρ/µ Para flujo laminar, Re180º C Como la clase B pero con aglutinantes inorgánicos apropiados

(Teflon Mica, Mecanita, Vidrio, Ceramicos, Politetrafluoroetileno).

- Que es y cómo se calcula el espesor crítico de aislamiento?

El espesor critico de aislante es la cantidad de aislante que permite la menor cantidad de flujo de calor, existe valor critico para cilindro y esfera pero no para pared ya que por mas que aumentes el ancho del aislante, el área de transferencia de calor será el mismo, en cambio para cilindro si aumentas el ancho de aislante también cambiara el área de transferencia de calor, y por lo tanto al aumentar aislante existirá un punto de inflexión en el cual las perdidas empezaras a crecer debido a el crecimiento del área mencionada. Este valor es útil conocerlo en algunos procesos en los que se requiere la menor cantidad de perdidas térmicas. El espesor hasta el que aumenta el flujo de calor y después del cual disminuye el flujo de calor se denomina espesor crítico. En el caso de cilindros y esferas se llama radio crítico . Se puede deducir que el radio crítico de aislamiento depende de la conductividad térmica del aislamiento k y del coeficiente de transferencia de calor de convección externa h.

Como se puede ver, si r 1...