informe 2 determinación del coeficiente de calor para convección forzada y natural

7/25/2019 INFORME 2 Determinación Del Coeficiente de Calor Para Convección Forzada y Natural

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UNIVERSIDAD DE SANTIAGO DE CHILEFACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA QUÍMICA

Resumen

INFORME 2

DETERMINACIÓN DEL COEFICIENTE DE CALORPARA CONVECCIÓN FORZADA Y NATURAL

Curso: Transferen!a "e a#or

In$e%ran$es:&V!'!an Fuen$es&Ga(r!e#a R!'eros&Cr!s$)(a# S!#'a

Profesor: C#au"!o Ara*a

Fe+a e,-er!en!a: ./0.2021./

Fe+a "e en$re%a: 1/01.021.



La e,-er!en!a se rea#!3) e# "4a ./ "e "!!e5(re "e# 21./ en e# se%un"o -!so "e# "e-ar$a5en$o

"e In%en!er4a Qu45!a "e #a Un!'ers!"a" "e San$!a%o "e C+!#e6 Con e# o(7e$!'o "e "e$er5!nar e#

oef!!en$e on'e$!'o en una %eo5e$r4a !#4n"r!a -ara on'e!)n for3a"a * na$ura#8 a"e59s

"e "e$er5!nar e# a#or on'e$!'o * ra"!a$!'o en e# 5!s5o !#!n"ro6 Co5-aran"o #os resu#$a"os

e,-er!5en$a#es on orre#a!ones (!(#!o%r9f!as * ana#!3an"o #as 'ar!a(#es * -ar95e$ros ue

!nf#u*en en #a $ransferen!a "e a#or * en e# oef!!en$e on'e$!'o6

Para on'e!)n for3a"a se es$a(#e!eron "os f#u7os: uno (a7o ;.1 V< * uno a#$o ;.= V<8

re%!s$ran"o #a orr!en$e -ara a"a 'o#$a7e> -ara a"a f#u7o se usaron ? 'e#o!"a"es: (a7a ;?8=/

50s<8 5e"!a ;/8 50s< * a#$a ;8@ 50s<> #ue%o8 a# a#an3ar e# es$a"o es$a!onar!o se re%!s$ra(a #a

$e5-era$ura a5(!en$a# ;$er5ou-#a < * #a $e5-era$ura "e #a -are" "e# !#!n"ro ;$er5ou-#a .1<6

Para on'e!)n #!(re8 se u$!#!3aron #os 5!s5os 'o#$a7es an$er!ores -ero una so#a 'e#o!"a" ;se

a-a%) e# eu!-o as4 ue se u$!#!3) #a 'e#o!"a" na$ura# "e# a!re<8 * a# !%ua# ue on #a on'e!)n

for3a"a se es-er) e# es$a"o es$a!onar!o * se re%!s$raron #as $e5-era$uras6

E# oef!!en$e "e $ransferen!a "e a#or au5en$a a 5e"!"a ue au5en$a #a -o$en!a e#B$r!a8

-or #o $an$o8 el coefciente de transerencia de calor amplifca las propiedades del

uido en el enómeno de la convección, ya sea orzada o natural. Además, el ujo de

calor radiativo es mucho menor en comparación con el ujo de calor convectivo

tanto para una convección orzada como para una natural, debido a que la radiaciónse transfere a través de ondas electromanéticas, donde además a temperaturas

bajas la potencia emisiva que caracteriza a la radiación ser!a peque"a provocando

que no se considere dicho mecanismo. #ambién, los coefcientes de transerencia de

calor a velocidades iuales, incluso con voltajes distintos, son muy similares tanto

para convección orzada como para convección libre. Además, se compraron los

valores de los coefcientes convectivos de convección orzada con los valores

entreados por las correlaciones de $ausen y de %ieder y #ate, obteniéndose que la

correlación más acertada es la de %ieder y #ate. %e realizó lo mismo con los valoresde convección libre pero se compararon con las correlaciones de &oran y de

'hurchill y 'hur, siendo la correlación de &oran la más acertada.(or )ltimo, para obtener resultados confables se recomienda esperar y confrmar

que se ha lleado al estado estacionario antes de reistrar las temperaturas y ser



minuciosos al irar la llave para darle velocidad al uido, de esta manera las

velocidades, para cada ujo, son iuales.



INDICE

.6 O(7e$!'os666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 .

26 Maro Te)r!o6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 2

?6 A-ara$os * aesor!os 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 @

=6 Proe"!5!en$o e,-er!5en$a# 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666

/6 Da$os 66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666.1

6 Resu#$a"os 666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666.2

6 D!sus!ones666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666.

@6 Con#us!ones 66666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666.

6 Reo5en"a!ones6666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666 2.

.16 No5en#a$ura666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666622

..6 !(#!o%raf4a666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666666662?

A-Bn"!e A

A-Bn"!e

A-Bn"!e C



1. Objetivs

.6. De$er5!nar e# oef!!en$e on'e$!'o "e a#or8 +8 en una %eo5e$r4a !#4n"r!a6

.62 De$er5!nar e# a#or "e ra"!a!)n * e# a#or "e on'e!)n * o5-arar#os en$re s46

.6? Ana#!3ar #as 'ar!a(#es * -ar95e$ros ue !nf#u*en en #a $ransferen!a "e a#or * en e#

oef!!en$e on'e$!'o6

.6= De$er5!nar e# oef!!en$e on'e$!'o "e a#or8 $an$o en on'e!)n for3a"a o5o en

on'e!)n na$ura#8 -ara #ue%o o5-arar on orre#a!ones "e (!(#!o%raf4a6

.6/ De$er5!nar e# oef!!en$e "e a#or on'e$!'o -ara una on'e!)n for3a"a * na$ura#

u$!#!3an"o orre#a!ones -ara o5-arar#as on e# 'a#or e,-er!5en$a#6

*



!. Te"#$

La $ransferen!a "e a#or -ue"e "ef!n!rse o5o #a $rans5!s!)n "e ener%4a "e una re%!)n a

o$ra8 o5o onseuen!a "e una "!feren!a "e $e5-era$ura en$re e##as6 E# f#u7o "e a#or8 a#

!%ua# ue #a rea#!3a!)n "e $ra(a7o8 es un -roeso 5e"!an$e e# ua# se 5o"!f!a #a ener%4a

!n!!a# "e un s!s$e5a6 Se sue#en reonoer $res 5o"os "!s$!n$os "e $ransferen!a "e a#or:

• Con"u!)n6• Ra"!a!)n6• Con'e!)n6

!.1 Cnve%%i&n'La $ransferen!a "e a#or -or on'e!)n se o5-one "e "os 5ean!s5os ue o-eran a#

5!s5o $!e5-o6 E# -r!5ero es #a $ransferen!a "e ener%4a %enera"a -or e# 5o'!5!en$o5o#eu#ar8 es "e!r8 e# 5o"o on'e$!'o6 Su-er-ues$a se enuen$ra #a $ransferen!a "e

ener%4a 5e"!an$e e# 5o'!5!en$o 5aros)-!o "e fra!ones "e# f#u!"o8 a"a una

!n$e%ra"a -or e# n5ero "e 5o#Bu#as8 ue se 5ue'en -or a!)n "e una fuer3a e,$erna6

S! es$a fuer3a orres-on"e a# resu#$a"o "e un %ra"!en$e "e "ens!"a"8 e# 5ean!s5o ser9

on'e!)n na$ura#8 en aso on$rar!o s! #a fuer3a es "e(!"o a una "!feren!a "e -res!)n

%enera"a -or una (o5(a o un 'en$!#a"or8 o -or una o5(!na!)n "e a5(os o$or%9n"o#e

!er$a 'e#o!"a" a# f#u!"o8 e# 5ean!s5o orres-on"er4a a una on'e!)n for3a"a6Por #o $an$o e# f#u7o "e a#or 5e"!an$e on'e!)n en$re un f#u!"o * un s)#!"o8

!n"e-en"!en$e5en$e "e# 5ean!s5o se -ue"e a#u#ar 5e"!an$e #a Le* "e Enfr!a5!en$o

"e Ne$on:

QConv.=h ∙ A ∙(T s−T ∞) (e.c.2.1

)

Don"e:

QConv. : F#u7o "e $ransferen!a "e a#or -or on'e!)n 6

h

: Coef!!en$e !n$erf9s!o "e $ransferen!a "e a#or

W

m2

K 6

A : Jrea "e $ransferen!a "e a#or m2

T s : Te5-era$ura su-erf!!a# "e# s)#!"o ℃

+



T ∞ : Te5-era$ura en e# seno "e# f#u!"o ℃

!.! R$(i$%i&n

Es e# 5ean!s5o 5e"!an$e e# ua# #a an$!"a" "e ener%4a e#e$ro5a%nB$!a ue a(an"ona

una su-erf!!e o5o a#or ra"!an$e "e-en"e "e #a $e5-era$ura a(so#u$a * "e #a na$ura#e3a

"e# f#u!"o6 A "!feren!a "e #a on"u!)n * on'e!)n #a ra"!a!)n no nees!$a "e #a

-resen!a "e #as 5o#Bu#as -ara -o"er ser $ransfer!"a8 *a ue e# a#or -ue"e ser

$ransfer!"o !n#uso en e# 'a4o a(so#u$o 5e"!an$e ra"!a!)n6

Un ra"!a"or rea#8 no sa$!sfae #as es-e!f!a!ones "e un ra"!a"or !"ea# o uer-o ne%ro8-or #o ua# e# a#or e5!$!"o ser9 so#o una fra!)n "e# a#or e5!$!"o -or un uer-o ne%ro en

e# 5!s5o ran%o "e $e5-era$uras8 -or #o $an$o e# a#or -or ra"!a!)n "e un uer-o rea# o

%r!s es$9 "a"o -or #a eua!)n:

Qrad .=σ ∙ ε ∙ A ∙(T s4−T ∞

4 ) (e.c.2.2

)

Don"e>Qrad . : F#u7o "e $ransferen!a "e a#or -or ra"!a!)n 6

ε : E5!$an!a "e #a su-erf!!e "e# so#!"o ;uer-o %r!s<6

σ : Cons$an$e "e S$efan& o#$35ann eu!'a#en$e a /8 K.1&@ W

m2 K

4 6

A : Jrea su-erf!!a# "e# uer-o8 "on"e se "!s!-a a#or6 [m2 ]

E# 9rea orres-on"!en$e en es$e aso es e# 5an$o "e un !#!n"ro * es$9 "a"o -or:

A=π ∙ D ∙ L

(e.c.2

Don"e>D: "!95e$ro "e# !#!n"ro 5L: #ar%o "e# !#!n"ro 5: on$an$e en %eo5e$r4a eu#!"!ana eu!'a#en$e a ?8.=6

Rea#!3an"o un (a#ane "e ener%4a en e# s!s$e5a se o($!ene:



QTotal=Qconductivo+Q Radiactivo (e.c.2.4)

E# a#or $o$a# es %enera"o -or e# eu!-o8 "e(!"o a una res!s$en!a e#B$r!a ue o(e"ee #a

s!%u!en$e eua!)n:

V∙I =W =Qtotal (e.c.2.5)

Don"e:

: Tra(a7o

V: Vo#$a7e ;"!feren!a "e -o$en!a#< en e# s!s$e5a V

I: In$ens!"a" e#B$r!a -ro-or!ona"a A6

!.) N*me"s A(imensin$+es

Corres-on"en a n5eros s!n "!5ens!)n f4s!a * "e-en"!en"o "e su 'a#or se #e o$or%a un

s!%n!f!a"o f4s!o ue ara$er!3a unas "e$er5!na"as -ro-!e"a"es -ara a#%unos s!s$e5as6

!.).1 N*me" (e Nusse+t

M!"e e# au5en$o "e $ransferen!a "e a#or "es"e una su-erf!!e -or #a ue un f#u!"o se

"es#!3a8 o5-aran"o #a $ransferen!a "e a#or -or on'e!)n * -or on"u!)n6 Se "ef!ne

o5o:

u=Qconv!ctivo

Qconductivo

=h∙D

" (e.c.2.6)

D)n"e:

Nu: N5ero "e Nusse#$6

D: Lon%!$u" ara$er4s$!a 5

" : Con"u$!'!"a" $Br5!a "e# f#u!"o6 [ W

m∙K ]

!.).! N*me" (e ,"$s-

-



Re-resen$a #a re#a!)n en$re fuer3as "e f#o$a!)n * #as fuer3as '!sosas ue a$an en un

f#u!"o en on'e!)n na$ura#6 Es$9 "a"o -or:

#r=$∙%∙ (T s−T ∞ ) ∙ D

3

&2

(e.c.2.7

)

D)n"e:

Gr: N5ero "e Gras+of

%: Ae#era!)n "e %ra'e"a" [ m

s2 ]

: Coef!!en$e "e e,-ans!)n 'o#u5B$r!a [ 1 K ]

: V!sos!"a" !ne59$!a "e# f#u!"o [ m2

s ]

E# oef!!en$e "e e,-ans!)n 'o#u5B$r!a se o($!ene 5e"!an$e:

%= 1T

(e.c.2.8)

D)n"e:

T es #a $e5-era$ura a(so#u$a

Para o($ener #a '!sos!"a" !ne59$!a se usa:

&='

(

(e.c.2.9)

D)n"e:

: '!sos!"a" "!n95!a "e# f#u!"o [ K$

s∙m ]

: "ens!"a" "e# f#u!"o [ K$

m3 ]



!.).) N*me" (e P"$n(t+.

Con$ro#a e# es-esor re#a$!'o "e #as a-as #45!$e "e 5o5en$o * $Br5!a6 Cuan"o Pran"$# es

-eueo s!%n!f!a ue e# a#or se "!fun"e ;on"u!)n< 5u* r9-!"o o5-ara"o on #a

'e#o!"a" ;on'e!)n< * s! Pran"$# es %ran"e ourre #o on$rar!o6 Es$9 "ef!n!"o o5o:

)r='∙ C *

" (e.c.2.10)

D)n"e:

Pr: n5ero "e Pran"$#

C-: a#or es-e!f!o "e# f#u!"o [ + $∙K ]

!.)./ N*me" (e R$0+ei-'

Aso!a"o on #a $ransferen!a "e a#or en e# !n$er!or "e# f#u!"o6 Cuan"o e# n5ero "e

Ra*#e!%+ es$9 -or "e(a7o "e un !er$o 'a#or r4$!o8 #a $ransferen!a "e a#or se -ro"ue

-r!n!-a#5en$e -or on"u!)n> uan"o es$9 -or en!5a "e# 'a#or r4$!o8 #a $ransferen!a

"e a#or se -ro"ue -r!n!-a#5en$e -or on'e!)n6 Re#a!ona Gr * Pr "e 5o"o ue:

Ra=#r∙)r (e.c.2.11)

D)n"e:

Ra: n5ero "e Ra*#e!%+

.1 $ransferen!a "e a#or -or on"u!)nPara Ra .111 $ransferen!a "e a#or -or on'e!)n

!.).2 N*me" (e Re0n+(s'

U$!#!3a"o -ara ara$er!3ar e# 5o'!5!en$o "e un f#u!"o6 Es$9 "a"o -or:

ℜ= (∙ vs ∙ D

' (e.c.2.12)

/



D)n"e:

Re: N5ero "e Re*no#"s

v s : Ve#o!"a" ara$er4s$!a "e# f#u!"o [m

s ] 2.11 rB%!5en #a5!nar6Para Re 2.11 Re =111 rB%!5en "e $rans!!)n6

W =111 rB%!5en $ur(u#en$o6

Las -ro-!e"a"es f4s!as "e# f#u!"o ;Pr8 8 X * < se "e(en e'a#uar a #a $e5-era$ura "e #a

a-a #45!$e ue se "ef!ne o5o:

T , =T s+T ∞

2 (e.c.2.13)

D)n"e:

Tf : $e5-era$ura "e #a a-a #!5!$e 6

!./ C""e+$%ines 3$"$ +s me%$nisms (e %nve%%i&n n$tu"$+ 0 "4$($

!./.1 E%u$%i&n (e C-u"%-i++ 0 C-u

Una orre#a!)n "e $ransferen!a "e a#or -or on'e!)n na$ura# -ara !#!n"ros

+or!3on$a#es #ar%os fue "esarro##a"a -or C+ur+!## * C+u en .=:

u ( Churchill -Chu )={0,60+ 0,387 ∙ Ra1

6

[1+( 0,559 )r ) 9

16 ] 8

27 }2

(e.c.2.14)

!./.! E%u$%i&n (e M"$n

Mor%an !n$ro"u7o o$ra orre#a!)n -or on'e!)n na$ura# -ara !#!n"ros #ar%os:

u ( or$an )=C ∙Ran

(e.c.2.15)

0



!./.) E%u$%i&n (e 5ie(e" 0 T$teUna eua!)n -ara on'e!)n for3a"a ue $!ene en uen$a #as #on%!$u"es $Br5!as e

+!"ro"!n95!as8 on $e5-era$ura "e -are" ons$an$e es:

u ( /i!d!r - Tat!)=1,86 (ℜ∙ )r

L

D )

1

3 ( 0

0s )0,14

(e.c.2.16)

!././ E%u$%i&n (e 6$usen

O$ra e,-res!)n en e# aso "e una on'e!)n for3a"a -ara e# f#u7o a #a en$ra"a en un $u(o

!ru#ar en rB%!5en #a5!nar8 on $e5-era$ura "e -are" ons$an$e:

u ( 1aus!n)=3,66+

0,0668 ∙( D

L )∙ ℜ ∙ )r

1+0,04 [( D

L )ℜ ∙ )r ]2

3 (e.c.2.17)

). A3$"$ts 0 $%%es"is

).1 A3$"$ts.

?6.6. Eu!-o "e $ransferen!a "e a#or: U(!a"o en e# #a(ora$or!o "e fen)5enos "e$rans-or$e6

Fa(r!an$e: Ar5f!e#"6

Mo"e#o: HT.1YC

Sens!(!#!"a": 16.ZC ; $o5as<

?6.62 Cron)5e$ro6

Ce#u#ar 5ara Son* Y-er!a E=6

1



2



/. P"%e(imient e73e"iment$+

4.1 Convección forzada.

.6Pr!5ero8 se -uso e# eu!-o "e $ransferen!a "e a#or a un 'o#$a7e "e .1V ;f#u7o (a7o< * se

ano$) e# orres-on"!en$e 'a#or "e !n$ens!"a" "e orr!en$e ;I<626Para es$e f#u7o se u$!#!3aron 'e#o!"a"es (a7a8 5e"!a * a#$a ;?8=/8 /8 * 8@ 50s

res-e$!'a5en$e<6?6Se es-er) e# es$a"o es$a!onar!o ;. o 2 5!nu$os a-ro,6 s!n ue 'ar4e e# 'a#or "e

$e5-era$ura< * se 5!"!eron #os 'a#ores "e: $e5-era$ura a5(!en$e ;$er5ou-#a < * "e

$e5-era$ura "e #a -are" "e# !#!n"ro ;$er5ou-#a .1< -ara a"a una "e #as 'e#o!"a"es

*a 5en!ona"as6

=6Lue%o8 se a5(!) e# 'o#$a7e "e# eu!-o "e $ransferen!a "e a#or a .= V ;f#u7o a#$o< * seano$) e# orres-on"!en$e 'a#or "e !n$ens!"a" "e orr!en$e ;I<6

/6Se u$!#!3aron #os 5!s5os ? 'a#ores "e 'e#o!"a" "e# aso "e f#u7o (a7o66F!na#5en$e se 'o#'!eron a 5e"!r #os 'a#ores "e $e5-era$ura a5(!en$e * "e $e5-era$ura "e

#a -are" "e# !#!n"ro8 es-eran"o e# es$a"o es$a!onar!o8 -ara a"a una "e #as

'e#o!"a"es6

4.2 Convección libre.

.6Se a-a%) e# eu!-o "e $ransferen!a "e a#or8 -ara as4 -o"er 5e"!r so#o e# f#u7o na$ura#

ue $ransurre -or e# $u(o626Se 5an$u'o e# 'o#$a7e a .=V * se ano$) nue'a5en$e e# 'a#or "e I6?6Se es-er) es$a"o es$a!onar!o * se 5!"!eron #os 'a#ores "e $e5-era$ura a5(!en$e *

$e5-era$ura "e #a -are" "e# !#!n"ro6=6Se a5(!) e# 'o#$a7e a .1V * se ano$) e# orres-on"!en$e 'a#or "e I6/6F!na#5en$e8 se es-er) es$a"o es$a!onar!o * se 5!"!eron #os 'a#ores "e $e5-era$ura

a5(!en$e * $e5-era$ura "e #a -are" "e# !#!n"ro6

2. D$ts

Tabla 5.1. Parámetros de diseño del cilindro

*3



4aro 5m6 7iámetro 5m6

3,30 3,3*

Tabla 5.2. Datos extras

8actor de corrección de lavelocidad entreada por el

equipo9misividad del cilindro 5:6

*,++ 3,2

Tabla 5.3 Temperaturas y velocidades para convección forada con sus respectivos volta!ese intensidades.

8lujo ;ajo 8lujo Alto

<elocidad ;aja

<oltaje 5<6 *3 <oltaje 5<6 *-=ntensidad

5A6*,12 =ntensidad 5A6 +,/-

<elocidad5m>s6

,-<elocidad

5m>s6,-

#?*3 5?@6 02,* #?*3 5?@6 -1,*

#?2 5?@6 +2-,0 #?2 5?@6 +20,

<elocidad &edia


5A6*,12 =ntensidad 5A6 +,/-

<elocidad5m>s6

,/<elocidad

5m>s6,/

#?*3 5?@6 /,* #?*3 5?@6 -+2,*

#?2 5?@6 +2, #?2 5?@6 +20,-

<elocidad Alta


5A6 *,12 =ntensidad 5A6 +,/-<elocidad

5m>s6/,1/

<elocidad5m>s6

/,1/

#?*3 5?@6 1,* #?*3 5?@6 -*0,* #?2 5?@6 +21,1 #?2 5?@6 +20,-

**



Tabla 5.". Temperaturas y velocidades para convección natural con sus respectivos volta!ese intensidades.

8lujo ;ajo 8lujo Alto<oltaje 5<6 *3 <oltaje 5<6 *-

=ntensidad 5A6 *,1/ =ntensidad 5A6 +,/*

#?*3 5?@6 +,* #?*3 5?@6 /2,* #?2 5?@6 +22,/ #?2 5?@6 +22,*

'abe destacar que las #emperaturas defnidas como T#1$ y T#% corresponden a la #ermocupla *3 de la temperatura de la pared del cilindro y la #ermocupla 2 de latemperatura ambiente, respectivamente.

8. Resu+t$(s

*+



6. Coef!!en$es "e a#or -ara on'e!)n for3a"a

Tabla 6.1. Flujo de Calor total para convección forzada con un flujo bajo y alto.

F#u7o Q $o$a# ;<

F#u7o a7o .@8

F#u7o a#$o ?8

Tabla 6.2. Flujo de Calor radiativo para convección forzada con un flujo bajo.

Ve#o!"a" Q $o$a# ;<

Ve#o!"a" a7a .8//?Ve#o!"a" Me"!a .821=?

Ve#o!"a" A#$a .81=./

Tabla 6.3. Flujo de Calor radiativo para convección forzada con un flujo alto.

Ve#o!"a" Q $o$a# ;<

Ve#o!"a" a7a =822

Ve#o!"a" Me"!a ?811/

Ve#o!"a" A#$a 28/

Tabla 6.4. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada con un flujo bajo a travs

de la ley de enfria!iento de "e#ton..

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a ?8=/.

Ve#o!"a" Me"!a ../8?./@

Ve#o!"a" A#$a .?18?=2

Tabla 6.$. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada por !edio de la

correlación 1 %&ausen' con un flujo bajo.

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a 2@82?1

*



Ve#o!"a" Me"!a ??81=.

Ve#o!"a" A#$a =18//?

Tabla 6.6. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada por !edio de la

correlación 2 %(ieder y Tate' con un flujo bajo.

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a ?28?2

Ve#o!"a" Me"!a ?@81=.

Ve#o!"a" A#$a =18//?

Tabla 6.). Resultados del coeficiente de calor para convección forzada con un flujo alto a travs

de la ley de enfria!iento de "e#ton..

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a 28?

Ve#o!"a" Me"!a ..8=?.

Ve#o!"a" A#$a .?18?1?

Tabla 6.*. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada por !edio de la

correlación 1 %&ausen' con un flujo alto.

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a 28.?

Ve#o!"a" Me"!a ??8=2?

Ve#o!"a" A#$a ?81?1

Tabla 6.+. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada por !edio de la

correlación 2 %(ieder y Tate' con un flujo alto.

Ve#o!"a" + ;052[Z<

Ve#o!"a" a7a ?28.1=

Ve#o!"a" Me"!a ?8/=

Ve#o!"a" A#$a =182@2

*-



Tabla 6.1,. -rrores calculados para los coeficientes de calor se/n la correlación 1 de &ausen

para flujo bajo y alto con convección forzada.

Error ;Hausen< \

F#u7o a7o

Ve#o!"a" a7a 82

Ve#o!"a" A#$a 18.Ve#o!"a" Me"!a 281=1

F#u7o A#$o

Ve#o!"a" a7a 8

Ve#o!"a" A#$a .8=.=1Ve#o!"a" Me"!a 28?=@

Tabla 6.11. -rrores calculados para los coeficientes de calor se/n la correlación 2 de (ieder y Tate para flujo bajo y alto con convección forzada.

Error ;S!e"er * Ta$e< \

F#u7o a7o

Ve#o!"a" a7a /8?.

Ve#o!"a" A#$a 81.1Ve#o!"a" Me"!a @8@@@

F#u7o A#$o

Ve#o!"a" a7a /8./@

Ve#o!"a" A#$a 8@11.

Ve#o!"a" Me"!a 81@1/

62 Coef!!en$es "e a#or -ara on'e!)n #!(re

Tabla 6.12. Flujo de Calor total para convección natural con un flujo bajo y alto.

F#u7o Q $o$a# ;<

F#u7o a7o .@8

F#u7o a#$o ?8/=

Tabla 6.13. Flujo de Calor radiativo para convección natural con un flujo bajo y alto.

F#u7o Q $o$a# ;<

F#u7o a7o 8.@

F#u7o a#$o .@8@./

*



Tabla 6.14. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada con un flujo 0ajo y lto a

travs de la ley de enfria!iento de "e#ton..F#u7o + ;052[Z<

F#u7o a7o 2.8??

F#u7o A#$o 2?811.

Tabla 6.1$. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada usando la correlación 1

%oran' con un flujo 0ajo y lto.

F#u7o + ;052[Z<

F#u7o a7o .=821

F#u7o A#$o ./8?@//

Tabla 6.16. Resultados del coeficiente de calor para convección forzada usando la correlación 2

%Curcill y Cu' con un flujo 0ajo y lto.

F#u7o + ;052[Z<

F#u7o a7o .28/2?

F#u7o A#$o .?8==@

Tabla 6.1). -rrores calculados para los coeficientes de calor se/n la correlación 1 de oran

para flujo bajo y alto con convección natural.

Error ;Mor%an< \F#u7o a7o ?=8.

F#u7o A#$o ?/81@2

Tabla 6.1*. -rrores calculados para los coeficientes de calor se/n la correlación 2 de Curcill y

Cu para flujo bajo y alto con convección natural.

Error ;C+ur+!## * C+u< \F#u7o a7o =28?/

*/



F#u7o A#$o =?82/=

9. Dis%usines

7.1 9l coefciente de transerencia de calor h aumenta a medida que se le aplica

un voltaje más alto 58lujo alto6, es decir, a medida que se aumenta su potencia

eléctrica. 9sto es debido a que el uido, en este caso aire, va anando más

temperatura, lo que conlleva a que el sólido, en este caso el cilindro, vaya perdiendo

calor. (or lo que podr!amos decir que el coefciente de transerencia de caloramplifca las propiedades del uido en el enómeno de la convección, ya sea orzada

o natural.7.2 9l ujo de calor radiativo es mucho menor en comparación con el ujo de calor

convectivo tanto para una convección orzada como para una natural, debido a que

en la radiación se transfere a través de ondas electromanéticas, lo que conlleva a

que este mecanismo no requiera de un material como si lo requiere una convección

orzada, donde además a temperaturas bajas la potencia emisiva que caracteriza a

la radiación ser!a peque"a provocando que no se considere dicho mecanismo. 9ncambio en la convección se transfere la ener!a térmica a través del movimiento

del uido, donde se da una transerencia de calor desde el sólido al uido como es

el caso de este eBperimento. (ero si comparamos el ujo de calor radiativo vemos

que en el caso de una convección natural es mayor en comparación a una

convección orzada, debido a que este valor se vuelve más peque"o al aumentar la

*0



velocidad del uido, ya que la potencia emisiva depende de la temperatura como

podemos ver en la e.c.+.+ , donde está temperatura es variable cuando el uido

entra en contacto con el sólido en cuestión haciendo que disminuya la radiación de

calor.0. 4os valores obtenidos para el coefciente de transerencia de calor por

convección orzada ueron de 2,-0*5C>m+D@6, **,*15C>m+D@6,

*3,-2+5C>m+D@6 para el caso de un ujo bajo de *3< y 2+,02/5C>m+D@6,

**/,2-*5C>m+D@6, *3,3/5C>m+D@6 para el caso de un ujo alto de *-<, donde

podemos apreciar claramente que los valores obtenidos eBperimentalmente son

cercanos entre s!, debido a que en ambos casos la velocidad que se uso tanto para

un ujo bajo como para un ujo alto ue la misma, provocando que solo cambiará lapotencia del sistema. 9ntonces podemos suponer que la velocidad en el sistema de

una convección orzada inuye de manera sustancial, siendo proporcional al

coefciente de transerencia de calor ya que le entrea una mayor ener!a al

sistema haciendo que el uido reciba mayor calor anando más temperatura.

0.- (ara el caso de convección libre los valores de coefciente de transerencia de

calor ueron +*,025C>m+D@6 y +,033*5C>m+D@6 para un ujo bajo y alto

respectivamente. A dierencia de convección orzada, aqu! no depende de la

velocidad, lo que conlleva a que los valores sean ineriores en comparación a una

convección orzada, debido a que no aparece el valor adimensional de Eeynolds

para predecir el comportamiento que tiene el uido, ya sea laminar o turbulento.0. Apreciamos entonces que el coefciente de transerencia de calor toma valores

más altos en una convección orzada en comparación a una convección libre, ya que

como dijimos, en este )ltimo caso no hay una velocidad implicada por parte del aire,

la que permite un intercambio de calor mayor entre el aire r!o y el cilindro caliente,

por consiuiente, la velocidad en el caso de convección orzada lleva a tomar el

valor adimensional de Eeynolds para saber si se trata de un uido concomportamiento laminar o turbulento. Eesultando as! que consideremos la

correlación de Fusselt para comparar con los datos eBperimentales, dicha

correlación mide el aumento de transmisión de calor desde una superfcie por la que

un uido pasa comparada con la transerencia de calor si ésta ocurriera solamente

por conducción.

*1



0./ Gsando correlaciones para la convección orzada, en primera instancia

ocupamos la correlación de $ausen con una condición de aplicación sobre un uido

laminar, entrada térmica con perfl de velocidad completamente desarrollado, una

temperatura de uido constante y (rHH*, en comparación a la seunda correlación

de %ieder y #ate con condiciones de aplicación para uido laminar, temperatura de

uido constante y 3,-1 2 (r 2 */033. %iendo la seunda correlación 5%ieder y

#ate6 la que nos arrojó un menor error, siendo más eectivo, debido a que nuestro

n)mero de (randtl si se encuentra en las condiciones de aplicación.0.0 (ara el caso de una convección libre, se ocupo en primera instancia la

correlación de &oran con condiciones de aplicación solo que la temperatura del

uido uera constante, y una seunda correlación de 'hurchill y 'hu con condiciones

de aplicación que la temperatura del uido uera constante y *3 I 2 Ea 2 *3*+.

%iendo la correlación de &oran la más próBima al valor eBperimental debido a su

menor error absoluto.

:. Cn%+usines

@6. Los 'a#ores "e# oef!!en$e "e $ransferen!a "e a#or -ara una on'e!)n for3a"a on

f#u7o (a7o "e .1V resu#$aron ?8=/.;052[<8 ../8?./@;052[< * .?18?=2 -ara una

'e#o!"a" (a7a8 5e"!a * a#$a res-e$!'a5en$e6 ] -ara un f#u7o a#$o "e .=V resu#$aron

28?;052[<8 ..8=?.;052[< * .?18?1?;052[< -ara una 'e#o!"a" (a7a8 5e"!a *

a#$a res-e$!'a5en$e6

@62 Los 'a#ores o($en!"os a $ra'Bs "e #a orre#a!)n . "e Hausen -ara una on'e!)n

for3a"a on f#u7o (a7o "e .1V resu#$aron 2@82?1;052[<8 ??8@?./;052[< *

?8====;052[< a una 'e#o!"a" (a7a8 5e"!a * a#$a res-e$!'a5en$e6 ] -ara un f#u7o a#$o "e

.=V resu#$aron 28.?;052[<8 ??8=2?;052[< * ?81?1;052[< a 'e#o!"a" (a7a8 5e"!a

* a#$a res-e$!'a5en$e6

*2



@6? Los 'a#ores o($en!"os a $ra'Bs "e #a orre#a!)n 2 "e S!e"er * Ta$e -ara una on'e!)n

for3a"a on f#u7o (a7o "e .1V resu#$aron ?28?2;052[<8 ?@81=.;052[< *

=18//?;052[< a una 'e#o!"a" (a7a8 5e"!a * a#$a res-e$!'a5en$e6 ] -ara un f#u7o a#$o "e

.=V resu#$aron ?28.1=;052[<8 ?8/=;052[< * =182@2;052[< a 'e#o!"a" (a7a8 5e"!a

* a#$a res-e$!'a5en$e6

@6= Los errores -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Hausen on on'e!)n for3a"a fueron

82\8 18.\ * 281=1\ on 'e#o!"a" 5e"!a8 (a7a * a#$a res-e$!'a5en$e8 * -ara #a

se%un"a orre#a!)n "e S!e"er * Ta$e resu#$aron /8?.\8 81.1\ * @8@@@\ -ara una

'e#o!"a" 5e"!a8 (a7a * a#$a res-e$!'a5en$e8 a5(as -ara un f#u7o (a7o "e .1V6 Resu#$an"o

ue #a 5e7or orre#a!)n sea #a "e S!e"er * Ta$e a# -oseer un 5enor error6

@6/ Los errores -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Hausen on on'e!)n for3a"a fueron

8\8 .8=.=1\ * 28?=@\ on 'e#o!"a" 5e"!a8 (a7a * a#$a res-e$!'a5en$e8 * -ara #a

se%un"a orre#a!)n "e S!e"er * Ta$e resu#$aron /8./@\8 8@11\ * 81@1/\ -ara una

'e#o!"a" 5e"!a8 (a7a * a#$a res-e$!'a5en$e8 a5(as -ara un f#u7o a#$o "e .=V6 Resu#$an"o ue

#a 5e7or orre#a!)n8 a# !%ua# ue en f#u7o (a7o sea #a "e S!e"er * Ta$e a# -oseer un 5enor error6@6 Los 'a#ores "e# oef!!en$e "e $ransferen!a "e a#or -ara una on'e!)n na$ura# on f#u7o

(a7o "e .1V resu#$o "e 2.8??;052[< * f#u7o a#$o "e .=V "e 2?811.;052[<6

@6 Los 'a#ores -ara e# oef!!en$e "e a#or o($en!"os a $ra'Bs "e #a orre#a!)n . "e Mor%an-ara on'e!)n na$ura# on f#u7o (a7o "e .1V resu#$o "e .=821;052[< * f#u7o a#$o "e .=V

./8?@/=;052[<6

@6@ Los 'a#ores -ara e# oef!!en$e "e a#or o($en!"os a $ra'Bs "e #a orre#a!)n 2 "e C+ur+!##

* C+u -ara un f#u7o (a7o "e .1V es .28/2?;052[< * un f#u7o a#$o "e .=V es

.?8==@;052[<6

@6 Los errores -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Mor%an on on'e!)n na$ura# fue ?=8.\8

* -ara #a se%un"a orre#a!)n "e C+ur+!## * C+u ?/81@2\8 a5(as on un f#u7o (a7o "e .1V6

Resu#$an"o ue #a 5e7or orre#a!)n sea #a "e Mor%an a# -oseer un 5enor error6

@6.1 Los errores -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Mor%an on on'e!)n na$ura# fue "e

=28?/\ * -ara #a se%un"a orre#a!)n "e C+ur+!## * C+u "e =?82/=\8 a5(as -ara un f#u7o

a#$o "e .=V6 Resu#$an"o ue #a 5e7or orre#a!)n8 a# !%ua# ue en f#u7o (a7o sea #a "e Mor%an a#

-oseer un 5enor error6

+3



;. Re%men($%ines

2.*%e recomienda que al momento de cambiar el voltaje se espere que la

temperatura se mantena constante entre * a + minutos, verifcando que el

equipo se haya estabilizado.2.+%e recomienda que la llave que reula el uido del aire con convección

orzada este en el rano de valor que se requiere, ya que tiende a oscilarprovocando intererencias y posteriores errores.

+*



1<. Nmen%+$tu"$

T$b+$ 1<.1' No5en#a$uras u$!#!3a"as6

símbolo Representación: Unidades en SIJ 7ensidad @>m

Aceleración de ravedad m>s+

K <elocidad m>s

L & H <elocidad media m>s

W trabajo Catt

M 8lujo de calor Ch 'oefciente de transerencia de calor C>m+D@ r Eadio m7 7iámetro del cilindro m4 4aro m'p 'apacidad calor!fca N>@O@ P <iscosidad @>mOs # #emperatura @

Q# 7ierencia de temperatura @ A Rrea m+

< <oltaje <= =ntensidad AS 'onductividad térmica C>mO@

(r F)mero de (randtl AdimensionalEe F)mero de Eeynolds AdimensionalFu F)mero de Fusselt AdimensionalTr F)mero de Trasho AdimensionalEa F)mero de Eayleih AdimensionalU 'onstante de ;oltzmann C>mVD@W

++



11. =ib+i"$#$

..6. Conducción de enera calorfica en estado estacionario6 ;s6f6<6 O($en!"o "e

+$$-s:00#o-e3'a6f!#es6or"-ress6o5021..0.10a-2.6-"f

..62 ^6R6e#$*8 C6E6!_s8 R6E6!#son6 Fun"a5en$os "e $ransferen!a "e

5o5en$o8 a#or * 5asa6 MB,!o D6F: L!5usa S6A6 Ca-4$u#o 2..6? Le'ens-!e#8 ;.?<6 F#u7o "e f#u!"os e !n$era5(!o "e a#or6 are#ona:

Re'er$B8 S6A6 Ca-4$u#o ..6= Na$ura# on'en$!on +ea$ $ransfer 5o"e##!n% of s+a-e 5e5or* a##o* !re6

O($en!"o "e

+$$-:006n"$6ne$0ar$!#e0n"$ana"a21..0-a-ers0`Gor(e$`Re'/6-"f

..6/ R66!r"8 6 ;211@<6 Fenó!enos de transporte . are#ona: Re'er$B8 S6A6

Ca-4$u#o .?

**./ #ablas, Tráfcos y 9cuaciones de transmisión de 'alor 5+3*-6,

Gniversidad de %evilla. Xbtenido deY httpY>>ZZZ.esi+.us.es>[jc>7escaras>#'>'oleccion\tablas\rafcas\#'.

pd

+



A3>n(i%es

A3>n(i%e A D$ts bib+i"?i%s

Tabla 1. 5alores de las constantes

U 5'onstante de;oltzmann ]C>mVD@W^6

/8[.1&@

% ;Ae#era!)n "e %ra'e"a"50s2<

8@.

Tabla 2. 5alores de la capacidad calorfica para el aire a presión constante con diversas te!peraturas.

T ;ZC< 'p 5N>@O@61 .11/ .111 .11@@1 .11@@/ .11@1 .11@/ .11.11 .11.21 .1...=1 .1.?

.@1 .1.211 .12?

Tabla 3. 5alores de la viscosidad para el aire a presión constante con diversas te!peraturas.

T ;ZC< P 5@>mOs61 181111211@/ 18111121?11 18111121/2@1 18111121@/ 1811112..

1 1811112.?/ 1811112.1

.11 1811112.@.

.21 18111122=

.=1 1811112?=/

.@1 1811112/1.211 1811112/



Tabla 4. 5alores de la conductividad tr!ica para el aire a presión constante con diversas te!peraturas.

T ;ZC< S 5C>mO@61 1812@1@/ 1812@=/1 1812@@.@1 1812/?@/ 1812@@1 181?12=/ 181?11

.11 181?1/

.21 181?2?/

.=1 181??=

.@1 181?=

211 181?

Tabla $. 5alores de la viscosidad para el aire a presión constante con diversas te!peraturas.

T ;ZC< J 5@>m61 .811/ .81==1 .812@1 18@/ 18@1 182

/ 18/.11 18.21 18@@.=1 18@/=.@1 18211 18=

Tabla 6. 5alores de C y n de la correlación 1 de oran

Ra C n.1&.1 & .1&2 18/ 181/@

.1&2 & .12 .8121 18.=@

.12 & .1= 18@/1 18.@@

.1= & .1 18=@1 182/1

.1 & .1.2 18.2/ 18???

A3>n(i%e =

Resu+t$(s inte"me(is



Tabla 01. Resultados flujo de calor convectivo 7rea del cilindro y diferencia de te!peratura para

convección forzada con flujo alto y bajo aplicados en la tabla 6.4 y 6.).

Q on'6 ;< A ;52< T ;<

F#u7o a7oVe#o!"a" a7a .8?=. 181122 @=8=1

Ve#o!"a" Me"!a .8/ 181122 18@Ve#o!"a" A#$a .8@/@/ 181122 28?1

F#u7o a#$oVe#o!"a" a7a ?28. 181122 .181@

Ve#o!"a" Me"!a ??8@/ 181122 .?.61Ve#o!"a" a#$a ?=8?11? 181122 ..81

Tabla 02. Resultados flujo de calor convectivo 7rea del cilindro y diferencia de te!peratura paraconvección natural con flujo alto y bajo aplicados en la tabla 6.14.

Q on'6 ;< A ;52< T ;<F#u7o (a7o .18@22 181122 22?8/F#u7o a#$o .821/ 181122 ?=181

Tabla 03. Resultados de te!peratura de fil! para convección forzada con flujo bajo y alto.

TZ f!#5 ;<

F#u7o a7oVe#o!"a" a7a ??8

Ve#o!"a" Me"!a ??182Ve#o!"a" A#$a ?2811

F#u7o a#$oVe#o!"a" a7a ?8/

Ve#o!"a" Me"!a ??8?1Ve#o!"a" a#$a ?/8?1

Tabla 04. Resultados de te!peratura de fil! para convección natural con flujo bajo y alto.

TZ f!#5 ;<

F#u7o (a7o =..8=1F#u7o a#$o =28./

Tabla 0$. Resultados de los n/!eros de 8randtl Reynolds 9rasof Raylei y correlaciones de "usselt

%&ausen y (ieder y Tate' para convección forzada con flujo alto y bajo aplicados en la tabla 6.$ 6.6 6.*:

6.11.



Pr Re Gr RaNusse#$ .;Hausen<

Nusse#$ 2;S!e"er * Ta$e<

F#u7oa7o

Ve#6 a7a 18@/ 282[.1? 8/[.1? /81[.1? 822 ..8?/?Ve#6 Me"!a 1812 ?8[.1? /8@[.1? =6=[.1? .281=@2 .?8/=

Ve#6 A#$a 18. =8/[.1? /8/[.1? =82[.1? .?8.== .=82

F#u7o A#$o

Ve#6 a7a 18..1 .8@[.1? 8[.1? /8[.1? 81==1 .18?=?

Ve#6 Me"!a 18.?1 ?8.[.1? 8?[.1? /82[.1? ..81/= .28=/1.Ve#6 A#$a 18.=2 ?8[.1? 82[.1? /8.[.1? .281/@= .?8=@

Tabla 06. Resultados de los n/!eros de 8randtl 9rasof Raylei y correlaciones de "usselt %oran

y Curcill y Cu' para convección natural con flujo alto y bajo aplicados en la tabla 6.1$ : 61*.

Pr Gr Ra Nusse#$ .;Mor%an<

Nusse#$ 2;C+ur+!## * C+u<

F#u7o a7o 181=. 8.[.1? /81[.1? =822./ ?8..

F#u7o A#$o 18 81[.1? =82[.1? =81.? ?8//@@

A3>n(i%e C

Met(+#$ (e %?+%u+



C?+%u+ (e+ %ei%iente (e t"$nse"en%i$ (e %$+" $ 3$"ti" (e +$ +e0 (e en"i$mient (e

Ne@tn 3$"$ %nve%%i&n "4$($ %n un +uj 0 ve+%i($( b$j$s 0 un$ %nve%%i&n n$tu"$+.

Para -o"er o($ener e# oef!!en$e "e a#or on'e$!'o se -roe"!) a a#u#ar e# f#u7o "e a#or $o$a#

a -ar$!r "e #os "a$os "e #a tabla $.3.

Qtotal=V ∙ I =10V ∙1,89am*=18,9W

Lue%o -ara -o"er o($ener so#o e# f#u7o "e Ca#or on'e$!'o sa(e5os ue:

Qtotal=Qconv+Qrad

Se -roe"!) a a#u#ar e# 9rea "e# !#!n"ro:

A=2πrL=2 π ∙0,01m ∙0,07m=0,0022m2

] #a "!feren!a "e $e5-era$uras:

3 T =T *ar!dd!l cilindro−T am4i!nt!=378,14 K −294,75 " =83,4 K

] en$ones e# f#u7o "e a#or ra"!a$!'o a -ar$!r "e #os "a$os -resen$a"os en #a tabla $.1 $.2 $.3

ser4an :

Qrad=ε ∙ σ ∙ 3 T 4

∙ A=0,95 ∙5,67 ∙10−8

∙ (379,15 K 4−294,75 K

4 )∙0,002m2=1,5539W

De es$a 5anera o($ene5os e# f#u7o "e a#or on'e$!'o:

Qconv=Qtotal−Qrad=18,9W −1,5596W =17,3404W

Lue%o a -ar$!r "e "e #a e6626. "e #a #e* "e enfr!a5!en$o "e Ne$on 5os$ra"a a on$!nua!)n:

Q=h ∙ A ∙ 3 T

Po"e5os "es-e7ar e# 'a#or "e# oef!!en$e "e $rasferen!a "e a#or o($en!"o e,-er!5en$a#5en$e:

hconv=Qconv

A ∙ 3 T =

17,3461W

0,0022m2

∙83,4 K =93,4571(

W

m2

∙ K )



E# 5!s5o $ra$a5!en$o "e "a$os se u$!#!3) -ara #a on'e!)n na$ura# u$!#!3an"o #os "a$os "e #astablas $.1 $.2 y $.4. Los resu#$a"os -ara a"a uno "e #os oef!!en$es "e $ransferen!a "e a#or

$an$o -ara on'e!)n for3a"a ;f#u7o (a7o8 f#u7o a#$o< * na$ura# es$9n -resen$a"os en #as tablas

64 6.) y 6.14 res-e$!'a5en$e6

C?+%u+ (e+ %ei%iente (e t"$nse"en%i$ (e %$+" $ 3$"ti" (e +$ %""e+$%i&n 1 6$usenB 0 +$

%""e+$%i&n ! 5ie(e" 0 T$teB 3$"$ %nve%%i&n "4$($ %n un +uj 0 ve+%i($( b$j.

En -r!5er #u%ar se -roe"e a a#u#ar a"a uno "e #os 'a#ores a"!5ens!ona#es u$!#!3a"os en #a

"e$er5!na!)n "e# n5ero "e Nusse#$8 "e es$a 5anera a#u#an"o e# n5ero "e Pran"$# *

Re*no#"s:

)r=C * ∙ 0

" =

1077( +

K$ ∙ K ) ∙0,0000203( K$

m∙ s )0,02845( W

m∙ K ) =0,7685

ℜ= ( ∙ v ∙ D

0 =

1,044

( K$

m3

)∙4,209

(m

s )∙0,01m

0,0000203( K$

m ∙ s ) =2,2∙10

3

De #a 5!s5a 5anera -ara a#u#ar e# n5ero "e Gras+of8 se "e(e "e$er5!nar -re'!a5en$e e#

'a#or "e -ara %ases:

T , =

T *ar!d+T am4i!nt!

2 =

385,15+294,752

=336,95

%= 1

T ,

= 1

336,95=0,003 K

−1



#r=

$ ∙ % ∙∨T *ar!d−T am4i!nt!∨∙ D3 (

2

02 =

9,81( m

s2 )∙0,003 K

−1∙84,4 K ∙(0,01m)3∙(1,044( K$

m3 ))

(0,0000223( K$

m∙ s ))2 =6,5∙10

3

] a#u#an"o e# 'a#or "e Ra*#e!%+ o($en"r4a5os:

Ra=#r∙)r=6,5 ∙103

∙0,7685=5,0 ∙103

As4 -or #$!5o sa(e5os ue #a -r!5era orre#a!)n ue ou-a5os "e Hausen es "e #a for5a:

u ( 1aus!n)=3,66+

0,0668 ∙( D

L )∙ℜ∙ )r

1+0,04 [( D

L )ℜ ∙ )r ]2

3

=3,66+

0,0668∙( 0,01m

0,07m ) ∙2,2 ∙103

∙0,7685

1+0,04 [(0,01m

0,07m )∙2,2 ∙103

∙0,7685]2

3

=9,9229

] #a se%un"a orre#a!)n "e S!e"er * Ta$e es "e #a for5a:

u ( /i!d!r - Tat! )=1,86

(ℜ∙ )r

L

D )1

3

( 0 0s )

0,14

=1,86

(2,2∙10

3

∙0,76850,07m

0,01m )1

3

(0,000020300,00002223 )

0,14

=11,3753

C?+%u+ (e +s e"""es $ 3$"ti" (e +$ %""e+$%i&n 1 6$usenB 0 +$ %""e+$%i&n ! 5ie(e" 0

T$teB 3$"$ %nve%%i&n "4$($ %n un +uj 0 ve+%i($( b$j.

Para -o"er o($ener e# error re#a$!'o -oren$ua# ;e\< usa5os #a s!%u!en$e eua!)n:

¿ht!5rico−h!6*!rim!ntal∨¿

h t!5rico

∙100

!=¿



As4 a -ar$!r "e #os "a$os o($en!"os en #a tabla 6.4 y 6.$ -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Hausen $ene5os:

¿93,4571( W m

2∙ K )−

28,2307

( W m

2∙ K )∨ ¿

93,4571( W

m2

∙ K )=69,7929

! ( 1aus!n)=¿

] e# 5!s5o $ra$a5!en$o -ara #a se%un"a orre#a!)n "e S!e"er * Ta$e:

¿93,4571( W

m2

∙ K )−32,3627 ( W

m2

∙ K )∨ ¿

93,4571( W

m2

∙ K )=65,3716

! ( /i!d!r - Tat! )=¿

C?+%u+ (e+ %ei%iente (e t"$nse"en%i$ (e %$+" $ 3$"ti" (e +$ %""e+$%i&n 1 M"$nB 0 +$

%""e+$%i&n ! C-u"%-i++ 0 C-uB 3$"$ %nve%%i&n n$tu"$+ %n un +uj b$j.

Se usa e# 5!s5o -roe"!5!en$o ue en on'e!)n for3a"a -ara o($ener #os 'a#ores

a"!5ens!ona#es ;Pr8 8 Gr8 Ra< ou-a"os en e# n5ero "e Nusse#$8 "on"e a -ar$!r "e #a -r!5era

orre#a!)n "e Mor%an ou-an"o #os "a$os "e #a tabla 6 $ene5os:

5,0 ∙103

¿¿

u ( or$an )=C ∙Ran=0,85 ∙¿

] ou-an"o #a se%un"a orre#a!)n "e C+ur+!## * C+u o($ene5os:



u ( Churchill -Chu )=

{0,60+

0,387 ∙ Ra

1

6

[1+(0,559

)r ) 9

16

] 8

27

}

2

=

{0,60+

0,387 ∙(5,0 ∙103)

1

6

[1+( 0,5590,7041 )

9

16

] 8

27

}

2

=3,7119

C?+%u+ (e +s e"""es $ 3$"ti" (e +$ %""e+$%i&n 1 M"$nB 0 +$ %""e+$%i&n ! C-u"%-i++ 0

C-uB 3$"$ %nve%%i&n n$tu"$+ %n un +uj b$j.

De #a 5!s5a 5anera ue en on'e!)n for3a"a -o"e5os o($ener e# error re#a$!'o -oren$ua# ;e

\< usan"o #a eua!)n "esr!$a an$er!or5en$e6

As4 a -ar$!r "e #os "a$os o($en!"os en #a tabla 6.14 y 6.1$ -ara #a -r!5era orre#a!)n "e Mor%an

$ene5os:

¿21,7339( W

m2

∙ K )−14,2097 ( W

m2

∙ K )∨ ¿

21,7339( W

m2

∙ K )=34,6196

! ( or$an )=¿

] e# 5!s5o $ra$a5!en$o -ara #a se%un"a orre#a!)n "e C+ur+!## * C+u usan"o #as tablas 6.14 y

6.16 :

¿21,7339( W

m2

∙ K )−12,5234 ( W

m2

∙ K )∨ ¿

21,7339( W

m2

∙ K )=42,376

! ( churchill - chu)=¿

informe 2 determinación del coeficiente de calor para convección forzada y natural

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