Experimento

UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DE PANAMÁ
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

DEPARTAMENTO DE ENENRGÍA Y AMBIENTE
GUÍA DE LABORAOTORIO
Curso: TRANSFERENCIA DE CALOR

TÍTULO DE LA EXPERIENCIA
“CONVECCION FORZADA EN INTERCAMBIADOR DE ALETAS” (TCLFC)
OBJETIVO GENERAL:
1. Que el estudiante conozca y opere el equipo de transferencia de calor en convección forzada
utilizando intercambiador de aletas.
2. Comparar estos resultados con otros intercambiadores (tubulares y planos).
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
1. Comparar el coeficiente de transmisión de calor, h, en convección forzada en intercambiador de aletas,
(cilíndricas y planas de sección transversal constante).
2. Determinar las eficiencias del intercambiador de aletas en condiciones forzadas y realizar comparación
con otros intercambiadores
3. Determinar las eficiencias de las aletas y compararla.
4. Determinar la efectividad de la placa plana con aletas.
5. Graficar de forma teórica la distribución dela temperatura en las aletas y mostrar en la gráfica los puntos
experimentales.
Organización de los grupos de trabajo:

Se formarán grupos de trabajo (según matricula), para operar y hacer las mediciones con el equipo de
transferencia de calor confeccionando tablas de resultados.
RECURSOS: (MATERIAL REQUERIDO)

 Equipo TCLFC.
 Intercambiador de Calor de Aletas.
 Al menos 3 termopares; ST-1; ST-7 y ST-8, pero se recomienda utilizar todos.
 Calculadora.
1
Teoría Relacionada:
Como se ha visto el número de Reynolds depende de la velocidad del fluido. Al aumentar la velocidad del fluido
aumenta el número de Reynolds, y como se ha visto conduce a un aumento del coeficiente de película (h).
Cómo calcular “q”:
Para este caso, obtendremos la Potencia Calorífica absorbida por el aire durante el proceso del estudio. Esta
potencia será siempre inferior a la Potencia Eléctrica que suministramos a la Resistencia.
Cuando se alcanza el equilibrio la Potencia Térmica emitida por el intercambiador es la misma que la absorbida
por el aire.
Ahora calculamos la “q” por consideraciones termodinámica:
Q = m *Ce * (Tf - Ti)

Donde:
m = flujo másico del aire
Ce = calor específico del aire
(Tf - Ti) = variación de temperatura del aire en la entrada y temperatura del aire a la salida.
Como no se mide calor sino la Potencia, consideraremos la variación temporal de la ecuación anterior,
resultando:
dQ/dt = (dm/dt) * Ce * (Tf - Ti)
Potencia = flujo * densidad * Ce* (Tf - Ti)
Para nuestro caso:
P abs = (SC1) / 3600) * p*Ce*(ST1- ST7) que representa la Potencia absorbida por el aire.
Como ambos (densidad y calor específico) dependen de la temperatura, tenemos:
Temperatura Densidad del Aire Kg/m3 Calor Específico del Aire (J/ kg-K)
20 ºC 1.1881 1007
40 º C 1.1120 1008
La eficiencia del intercambiador será la relación entre la Potencia Calorífica Absorbida por el Aire y la Potencia
eléctrica suministrada a la resistencia.
Eff = P abs (W) / AR1(W) * 100
2
Determinar:
1. El número de Nusselt para el sistema con aletas.

a. Para el sistema tubular, asuma que el flujo es externo perpendicular a los tubos (arreglos de
tubos) (Ref P3.129, P7.114)
b. Para las aletas planas considere sistema de aletas planas. ( Ref. P. 7.37)
2. Calcular el calor absorbido por el aire.
a. Q = h As DTlm
b. Q = m cp DT
3. Calcular la eficiencia del sistema con aletas. (Ec 3.72 )
4. Cálculo de la efectividad de la aleta.
5. Calculo de la efectividad total.
6. Graficar la distribución de la temperatura en la aleta, y marque los valores experimentales en la gráfica.
a. Ecuación: 3.64 y 3.65.
7. Calcule la eficiencia del sistema.
a. Eff = Qaire / Q eléctrica.
Asumir:
 Condición de frontera de punta aislada con longitud corregida.
 Material aluminio.
Organización de los grupos de trabajo:
Se formarán grupos de trabajo (<=4), para operar y hacer las mediciones con el equipo de transferencia de calor
confeccionando tablas de resultados.
Diagrama de los termopares

1
2
5
3 8
4
3
1- PROCEDIMIENTOS Y METODOLOGÍA
Paso 1: Primero, seleccione el intercambiador de aletas, que será colocado en la torre tal como lo
demuestra el manual 4.
Figura 1: Vista General del Equipo.
Figura 2: Intercambiador de Aleta.
Seguidamente coloque en su lugar los termopares correspondientes tomando especial atención

en la colocación de los siguientes: Temperatura del Intercambiador T8 y los Termopares que
medirán las Temperaturas del fluido, T1 y T7.
Paso 2: Conectamos el equipo a la Interface y encendemos el software TCLFC.
Paso 3: La potencia en la resistencia AR-1se mantendrá al 30%. Podemos empezar con un valor Bajo en
el ventilador, AVE-1: 20%. Cuando las temperaturas sean estables, procederemos a medirlas.
Paso 4: Continuaremos el experimento aumentando la Velocidad del Ventilador en intervalos de 10%,
mientras mantenemos la constante AR-1.
Paso 5: Una vez tomadas todas las medidas se desconecta el equipo. Cuando haya transcurrido algo de
tiempo se retiran los termopares y se retira el intercambiador.
4
Paso 6: Una vez tomadas las medidas, se repetirá la experiencia con diferentes velocidades del aire.
Paso 7: Complete la Tabla indicada:
Para AR-1 (W) = 30 %

N° Tiempo AVE 1 ST1 ST7 ST2 ST3 ST4 ST5 ST6 ST8 SC1 SW1 Pabs
(s) % (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (m3/hr) (W) (W)
(m/s)
1 60
2 120
3 180
4 240
5 300
6 360
7 420
8 480
Para AVE-1 (m/s) = 60 %

N° Tiempo AR 1 ST1 ST7 ST2 ST3 ST4 ST5 ST6 ST8 SW1 Pabs Eff (%)
(s) % (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (°C) (W) (W)
(W)
1 60
2 120
3 180
4 240
5 300
6 360
7 420
8 480
2- RESULTADOS:
a. ¿Cuál de los intercambiadores es mejor para aumentar la temperatura la temperatura del aire en el
ducto?
b. ¿Cuál de los intercambiadores tiene mayor área de superficie de intercambio de calor?
c. Compare los valores “h” para los dos sistemas.
3- CONCLUCIONES:
4- EVALUACIÓN:
- Asistencia;
- Participación y aporte individual y de grupo en el desarrollo del laboratorio;
- Entrega de Reporte según indicaciones.
5
5- BIBLIOGRAFÍA:
5.1. Manual Para el Estudio de Convectividad Térmica (Convección Forzada con Aletas) TCLFC,
Editorial edibon.
5.2. CENGEL, YUNUS A., TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA (Cuarta Edición), Editorial Mc-Graw-Hill,
2011.

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Curso: TRANSFERENCIA DE CALOR

3. Determinar las eficiencias de las aletas y compararla.

4. Determinar la efectividad de la placa plana con aletas.

Organización de los grupos de trabajo:

RECURSOS: (MATERIAL REQUERIDO)

Ahora calculamos la “q” por consideraciones termodinámica:

Q = m *Ce * (Tf - Ti)

dQ/dt = (dm/dt) * Ce * (Tf - Ti)

Potencia = flujo * densidad * Ce* (Tf - Ti)

Para nuestro caso:

Como ambos (densidad y calor específico) dependen de la temperatura, tenemos:

Eff = P abs (W) / AR1(W) * 100

1. El número de Nusselt para el sistema con aletas.

Organización de los grupos de trabajo:

Diagrama de los termopares

Figura 1: Vista General del Equipo.

Figura 2: Intercambiador de Aleta.

Seguidamente coloque en su lugar los termopares correspondientes tomando especial atención

Paso 7: Complete la Tabla indicada:

Para AR-1 (W) = 30 %

Para AVE-1 (m/s) = 60 %

b. ¿Cuál de los intercambiadores tiene mayor área de superficie de intercambio de calor?

c. Compare los valores “h” para los dos sistemas.

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