Laboratorio 1.Conducción en régimen estacionario Universidad Tecnológica de Panamá Facultad de Ingeniería Eléctrica Laboratorio de Transferencia de Calor Grupo: 1IE141(A) Integrantes: Jorge A. González 4-762-1799 Christian Guerrero 4-767-748 Asistente de Laboratorio: Arturo Arosemena Fecha de entrega: 9 de abril de 2014 Laboratorio #5 Laboratorio 1. calentado por medio de una resistencia eléctrica instalada en el centro del disco. De igual manera el equipo está provisto con un voltímetro digital que mide la potencia de la resistencia en un rango de 0 a 150 W.5 mm.5 L/min que permite determinar el caudal de agua de refrigeración.25 a 6. Este equipo será utilizado para estudiar la transmisión radial de calor a través de un sólido. De igual manera la unidad se encuentra aislada térmicamente para disminuir las pérdidas de calor hacia los alrededores. y un sensor de caudal con un rango de 0.Abstracto 2. el disco cuenta con 6 sensores de temperatura dispuestos en la dirección radial con una distancia de 10 mm entre dos sensores consecutivos. dos sensores de temperatura. desarrollada por EDIBON consiste en un disco de latón con un espesor de 3 mm y un diámetro de 129 mm. La distancia entre el sensor 6 y el radio del disco es de 6. se ha insertado un circuito de refrigeración por agua en la periferia del disco. uno a la entrada y otro a la salida del agua de refrigeración.Descripción del equipo La unidad de conducción de calor. la unidad se encuentra colocada en un soporte sobre un marco de ensayo. como se puede ver en la figura 1. . Para mantener la razón de transferencia de calor constante y uniforme. TXC-CR. Como se puede apreciar en la figura 2. Conducción en régimen estacionario Determinación del perfil de temperatura durante la conducción radial ante diferentes velocidades de generación de energía dentro de un disco 1. la visualización. 3. estas son tratadas para la salida de una señal compatible con el ordenador. Conducción en régimen estacionario Una vez censadas las variables. lo que permite a través del software: el registro. sin generación de calor (G = 0) y con conductividad térmica constante. es que la temperatura para esta última ya no es función lineal de la coordenada espacial. flujo unidimensional. La principal diferencia entre la conducción axial y la radial bajo las condiciones estudiadas. y control del sistema. el manejo.Laboratorio 1. el balance de energía para un el elemento delgado y largo con forma de casco cilíndrico observado en la figura 3 puede expresarse como: .Marco Teórico Hasta el momento sólo se ha estudiado la conducción lineal a través de una barra de sección transversal circular. Sí suponemos condiciones de estado estacionario. Aquí se puede ver que la temperatura es una función logarítmica del radio. Conducción en régimen estacionario En donde C1 y C2 representan las constantes de integración dependientes de las condiciones de frontera.Laboratorio 1. Debe recordarse que en caso de generación de calor la ecuación (3) debe re escribirse como: 4.Procedimiento . 4. Espere a que el sistema se estabilice y alcance condiciones estacionarias. Tome como referencia el centro del disco. encienda la interface. y r la posición radial en el disco. 5. . Donde T representa la temperatura.Laboratorio 1. 4. 3. ha de recordarse que los sensores de temperatura se encuentran espaciados cada 10 mm. Para una razón de generación de calor de 20 W calcule la razón de calor transferido al agua. En caso de tener alguna duda acérquese al instructor de laboratorio. 3. Compare la razón de generación de calor de 20 W. A partir de esta función calcule la razón de transferencia de calor por conducción para un radio de su preferencia. 7.K). 5. 6. Cree un flujo de agua de refrigeración de 2 L/min por medio de la válvula SC-2.Resultados 1. 5. Repita el paso anterior para las potencias de 20 y 30 W. Compruebe que la resistencia y que todos los sensores de temperatura han sido conectados. Para una razón de generación de calor de 20 W grafique “T (°C) vs r (m)”. Encienda el computador y conecte el programa SCADA TXC-CR. 2. 6. Aproxime la curva obtenida en el paso dos por medio de una función cuadrática para una razón de generación de calor de 20 W. Conducción en régimen estacionario 2. Suponga que el disco de latón tiene una conductividad térmica de 111W/(m. Complete la tabla 1. Fije una potencia para la resistencia de 10 W (lectura tomada por medio de SW-1) con el controlador de potencia. Complete la siguiente tabla: 2. 7. podemos suponer que alcanza temperatura uniforme rápidamente en esa dirección y considerar que la conducción de calor se da principalmente en la dirección radial. Repita los pasos anteriores para una potencia de 20 y 30 W. Nota: En vista de que el espesor del disco es pequeño. con la razón de transferencia de calor calculada en el paso 5 y con la razón de calor transferido al agua. Conducción en régimen estacionario Las regresiones cuadráticas para cada valor de generación de calor: a) 10 W b) 20 W .Laboratorio 1. 129 ¿779. se utilizara la ecuación de calor de Fourier: Q=−KA dT dr Para un radio de 50 mm: −dT =779.63 6.774 Y su derivada es: dT =4430.003)(2 π ) 0.4 r +558. Conducción en régimen estacionario c) 30 W Para una razón de generación de 20 W.11 r +64.Preguntas Para la misma generación de calor.Laboratorio 1.63 dr Q=111(0. como para obtener el calor que transfiere al agua(r = 129 mm). ¿qué sucede con la temperatura a medida que las mediciones se alejan del resistor? Explique .2r 2 +558. la ecuación cuadrática obtenida fue: T ( r )=2215.11 dr Para obtener la transferencia por conducción para un radio de 50 mm. Conclusiones Al conducirse calor de forma radial. La generación de calor es un fenómeno volumétrico que puede variar tanto del tiempo como de la posición. la temperatura decrecerá.1037 x 10−3 m2 2 [ ( dT W ´ ( 0. K 2 ( ) −3 )+558. 8. Conducción en régimen estacionario R) A medida que las mediciones obtenidas se alejan del resistor. las temperaturas tanto en el punto de generación de calor como en los demás puntos del sistema tenderán a permanecer constantes (uniformes).11 ] ´ Q=9. Al comparar el calor conducido radialmente con el removido por el sistema podemos notar que hay una diferencia en los valores. pero al no variar con el tiempo (constante en este caso) solo dependerá de la posición radial. la variación de la temperatura con respecto a la posición tendera a permanecer igual y por ende en gradiente de temperatura también. Esto es debido tanto a la capacidad de conductividad térmica del material como a la distancia radial del punto de generación al sistema de refirgeración. que es 20 W. la expansión de calor en el sistema se da en función del radio del sistema.Laboratorio 1.7109 W Para que el sistema esté en estado estable. ¿Es similar el calor conducido radialmente a través del disco con el calor removido por el sistema de refrigeración de agua fría? De ser diferentes los valores. y por consiguiente se tratan como unidireccionales. como podemos observar en las gráficas obtenidas en los resultados.4 129 x 10 Q=−KA =− 111 dr m.1037 x 10−3 m2) 4430. Los sistemas cilíndricos y esféricos a menudo experimentan gradientes de temperatura sólo en la dirección radial. la temperatura dependerá de la generación de calor y por ende del a posición. Además bajo condiciones de . ¿a qué cree que se debe este hecho? R) El calor conducido radialmente a través del disco es: A=2 πrL=2 π ( ) 110 x 10−3 m ( 3 x 10−3 m) =0. Debido a que la diferencia de temperaturas disminuirá. Asimismo. Para una razón de generación de calor de 20 W. ¿Qué sucede con el gradiente de temperatura al aumentar la razón de generación de calor? R) Al aumentar la razón de generación de calor. la razón de transferencia de calor que entra por generación al sistema debe ser la misma que remueve el sistema de refrigeración. recordando que la transferencia de calor se da desde un punto de mayor temperatura (resistencia) a un de menor temperatura (sistema de refrigeración por agua). estos sistemas se pueden analizar usando la expresión de la Ley de Fourier en las coordenadas adecuadas. McGraw-Hill.Referencia 1.. Cengel. Transferencia de calor y masa: Fundamentos y Aplicaciones. . Conducción en régimen estacionario estado estacionario. 9.Laboratorio 1. Y. 2011. Ghajar. Afshin..