Práctica 7 Conduccion en estado transitorio PDF

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UNIVERSIDAD AUTONÓMA DENUEVO LEONFACULTAD DE INGIENERÍA MECÁNICAELÉCTRICALab. De Transferencia de CalorHora: N3 Grupo: 408ING: Carlos Caballero PerezPractica #7:Conduccion en estado transitorioAlumno:Saldaña Arreaga Edgar Alexis1858949Carrera:IMESemestre: Agosto 202 1 - Di ci embre 2 021Práctica # 9...

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UNIVERSIDAD AUTONÓMA DE NUEVO LEON

FACULTAD DE INGIENERÍA MECÁNICA ELÉCTRICA

Lab. De Transferencia d dee Calor Hora: N3

Grupo: 408

ING: Carlos Caballero Perez Practica #7: Conduccion en estado transitorio

Alumno: Saldaña Arreaga Edgar Alexis 1858949 Carrera: IME Semestre: Agosto 2021 - Diciembre 2021

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Práctica #9: Conducción en estado transitorio  OBJETIVO Observar la conducción de estado no estacionario de calor en el centro de una forma sólida cuando un cambio de temperatura se aplica en la superficie de la forma, y determinar el coeficiente de película por ingeniería inversa usando las gráficas de Heisler.  INTRODUCCION En los sistemas en régimen transitorio, las temperaturas cambian con el tiempo así como con la posición. El estado inestable o transitorio aparece también en la determinación del tiempo de procesado de muchos artículos sólidos. Por ejemplo, el tiempo de curado de objetos hechos de plástico moldeado, dependen frecuentemente del tiempo requerido para que el centro alcance alguna temperatura especificada sin causar daño térmico al material de la superficie. La teoría de la conducción no estable tiene también aplicación en el tratamiento térmico y templado de metales. Un tipo de problema ligeramente diferente se caracteriza por la variación periódica de la temperatura. Las máquinas de combustión interna, los compresores, las armas automáticas, generan calor periódicamente; la disipación de éste calor causa fluctuaciones periódicas de temperatura en los alrededores. Otro ejemplo es el efecto de las variaciones diurnas de la temperatura atmosférica en estructuras grandes como puentes o pequeñas como plantas en crecimiento.  MARCO TEORICO La formulación de problemas de conducción de calor para la determinación de la distribución unidimensional transitoria de temperatura en una pared plana, un cilindro o una esfera conduce a una ecuación diferencial en derivadas parciales; comúnmente, la solución de este tipo de ecuación está relacionada con series infinitas y ecuaciones implícitas, las cuales son difíciles de evaluar. Por lo tanto, existe una motivación clara para simplificar las soluciones analíticas con el fin de presentar las soluciones de forma tabular o gráfica, usando relaciones sencillas. Un método común es usar las gráficas de Heisler, para pared plana grande, cilindro largo y esfera, fueron presentadas por M.P. Heisler, en 1947.

60  MATERIAL Y EQUIPO o Equipo HT17 (Transferencia de calor en estado transitorio) o Equipo HT10X / HT10XC

Figura 16. A la izquierda equipo HT17 para estado transitorio, a la derecha equipo HT10.

Figura 17. El equipo HT17 es básicamente un sistema adiabático donde se controla la temperatura del agua automáticamente, colocando las formas a un cambio brusco de temperatura.

61  DESARROLLO NOTA: El baño de agua tendrá aproximadamente 30 minutos para calentar a la temperatura requerida se sugiere que desde el primer hasta el paso séptimo se realicen de forma rápida y segura. Pida ayuda al instructor. o Coloque el baño de agua caliente de la HT17 (Transferencia de calor en estado transitorio) junto con los accesorios del HT10X / HT10XC de Unidad de servicio de transferencia de calor en un banco adecuado. o Asegúrese de que la tapa del baño de agua caliente y la entrada, este conectado en la base a la salida de la bomba de circulación mediante un tubo flexible. o Asegúrese de que la válvula de drenaje en el baño de agua está cerrado, llene la bañera con agua limpia hasta que el nivel este coincidente con el centro de los orificios en el conducto de flujo vertical como se muestra en el siguiente diagrama.

o Asegúrese que todos los equipos están apagados en la posición OFF antes de conectar o Ajuste el potenciómetro de control de voltaje a mínimo (sentido antihorario) y el interruptor selector a ”MANUAL” entonces conectar el cable de alimentación de la bomba de circulación junto al tanque de agua caliente a la toma marcada en la parte trasera de la unidad de servicio HT10.

62 o Este equipo utiliza 220 V como voltaje de operación así que conecte el transformador a 110 V de la pared y el cable de alimentación del baño de agua al transformador que se muestra en la figura.

o Encienda el transformador (fuente de alimentación de la figura anterior) y coloque el termostato de baño de agua en “4”. Verifique que la luz roja esta iluminada. o Coloque la tapa, conecte el termopar T1 desde el canal de circulación en el interior del baño de agua, a la parte frontal de la unidad de servicio HT10X. Esto representa la temperatura ambiente interior T∞. o Encienda el equipo HT10X. Cambie el interruptor selector a ”REMOTE” o Encienda la computadora el password: termica, active el software del equipo HT17 o Seleccione el ejercicio A. En la barra de herramientas presione “view diagram”.

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o Ajustar el voltaje de la bomba de circulación a 12 volts utilizando la caja de control de voltaje en el diagrama de la pantalla del software. o Deje que la temperatura del agua se estabilice (siguiendo la temperatura cambiante T1). El agua debe estar alrededor de 80°C para un funcionamiento satisfactorio. o Mientras se estabiliza T1 prepare la forma que desea utilizar ya sea cilindro, placa o esfera. Verifique el material del que está hecho, esto está marcado debajo de la forma con una letra, B (brass-bronce de aluminio), o una letra S (acero inoxidable). Pero no lo introduzca todavía en el baño de agua caliente.

o Mida la respectiva forma que decidió usar. o Colóquelo en su soporte y conecte el termopar T2 que representa la temperatura de la superficie y conecte el termopar T3 que representa la temperatura en el centro de la forma.

64 o Cuando este estable la temperatura interior T1 apague el suministro eléctrico en el baño maría para reducir al mínimo las fluctuaciones en la temperatura. o En la barra de herramientas presione “GO” (control the data sampling) con esto se registrara las temperaturas cada 1 segundo. o En la barra de herramientas presione “View table” (ver tabla). o Observe que las primeras lecturas de temperatura de T3 serán las del aire exterior. o Ahora introduzca la forma elegida. o Deje que la temperatura de la forma que se estabilice en la temperatura del agua caliente (seguimiento de los cambios de T3 en la pantalla).

o Cuando la temperatura T3 se ha estabilizado, seleccione el icono “STOP” para finalizar el registro de datos. Las gráficas de Heisler muestran soluciones analíticas para la distribución de la temperatura y el flujo de calor en función del tiempo y posición de formas solidas simples, que son sometidas a una repentina convección con un fluido a una temperatura constante. Para utilizar las gráficas de Heisler, es necesario evaluar los siguientes parámetros adimensionales: Si es cilindro:

⁄

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Si es esfera:

⁄

Si es placa:

⁄

Donde α = Difusividad térmica (m2-s-1) h = Coeficiente de transferencia de calor (W/m2-ºC) k = Conductividad térmica (W/m-ºC) t = Tiempo transcurrido desde el cambio de ritmo (segundos) T(r,t) = Temperatura en el centro de cilindro o esfera (ºC) T(x,t) = Temperatura en el centro de placa (ºC) Ti = Temperatura inicial (= T3 at t=0) (ºC) T∞ = Temperatura de la bañera (T1) (ºC) ro = Radio de cilindro o esfera (m) L = La mitad del Ancho de la placa (m) Puesto que el flujo de agua hacia arriba, verticalmente a través del conducto es constante para todas las mediciones, el coeficiente de transferencia de calor h se mantendrá constante para cada forma. Datos de Bronce de Aluminio: α= 0.06x10-5 m2/s k= 25 W/m-ºK

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Figura 18. Graficas de Heisler para plano infinito (Çengel, 2007)....