PRACTICA NRO 4-5 IDME CUTIPA VICTOR - FENOMENOS 2.docx

FENOMENOS DE TRANSPORTE II PRACTICA NRO 4 – 5 DETERMINACION DE PERDIDAS DE CALOR EN UN SISTEMA TERMICO EN FORMA UNIDIMENSIONAL Y BIDIMENCIONAL PARTE ANALITICA 1. FORMA UNIDIMENSIONAL

MODELO DE CÁLCULO.- Se modela un horno casero que resulte en forma de caja rectangular con dimensiones interiores de 4cm!"cm!#cm $ e!teriores de %"cm!cm!&"cm. Si se ignoran las '(rdidas de calor a tra)(s de las esquinas $ las aristas* la tem'eratura de la 'ared interior es de +,4C +,4 C la tem'eratura tem'eratura de la 'ared e!terior e!terior es de /&C $ el material de la 'ared es ladrillo cocido. cocido. Estime la 'otencia en 0atts necesaria que se de1e suministrar 'ara mantener esta condici2n de estado estacionario

So lu ci ón ón:

Datos3 Datos3 a$ tres 'arejas de 'aredes en un horno casero a tra)(s de las cuales 'uede 'uede ocurrir transferencia de calor 'or conducci2n. 567 + 'aredes con dimensiones 3 4cm ! "cm ! +.%cm en cada una 587 + 'aredes 'a redes con dimensiones 3 "cm ! #cm ! +.%cm en cada ca da una 5C7 + 'aredes con dimensiones 3 4cm ! #cm ! +.%cm en cada una L5es'esor7 9 +.%cm

La :em'eratura en la 'ared interna es :" 9 +,4C La :em'eratura en la 'ared e!terna es :+ 9 /&C De ta1las se tiene3 ;9,.4%0
Suo!icion"!

5"7 5+7 5/7 547

E!isten condiciones condiciones de estado estacionario El material de las 'aredes tiene conducti)idad conducti)idad t(rmica constante Se 'uede des'reciar los efectos de 'erdida 'erdida de calor a tra)(s de las aristas $ las esquinas Se tiene flujo de calor unidimensional unidimensional en cada 'ared.

=ara condiciones de estado estacionario el flujo de energ>a a tra)(s de todas las 'aredes es igual a la energ>a que suministra s uministra el elemento calentador al hornillo. El calor flu$e a tra)(s de las tres 'arejas de 'aredes. =ara cada 'areja la conducci2n de calor ca lor se 'uede calcular seg?n la ecuaci2n ecua ci2n de @ourier3 An#li!i!.$

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(

=

)

C#lculo!

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5673

=

(

)

=

( .

)( .

.

)(

)

.

)(

)

.

)(

)

.

= 1677

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5873

=

(

)

=

( .

)( . .

= 2771

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5C73 (

)

=

( .

=

)( .

=

+

.

+

= 2771

= 6.54

Co%"n&'(io! 3

De hacer siniestrado de 'otencia igual a .%4A0 'ara mantener las tem'eraturas necesarias 'ara las condiciones de estado estacionario3

+. FORMA BIDIMENCIONAL.-

=ara el mismo modelo calcules la transferencia de calor en el sistema. Solucion"!:

= =

2(0.76 0.61) 2(0.76 0.46) 2(0.61 0.46) + + 0.025 0.025 0.025 = 87.504





= = 0.15∆ = 8(0.15)(0.025) = 0.03 = 87.504 + 8.953 + 0.03 = 91.487

:ransferencia de calor o '(rdida de calor =

= (91.487

PROBLEMA PROPUESTO

∆

) 0.45

= 6834

(204 − 38)°

°

= 6.834

La 'ared com'uesta de un horno consiste de tres materiales dos de los cuales son de conducti)a t(rmica conocida Aa 9 +,0
Solución FORMA UNIDIMENSIONAL

".-@lujo de Calor

=

= 25

−

°

,

(1200 − 800)°





10,000 / 2 =

= 2.586

De donde3

800 − 40 0.30 + 0.15 + 0.15 20 50

°

FORMA BIDIMENSIONAL

=

∆

∆ ∆ = = 1 ∑ "7. =erdida de calor en los 'aredes.-

1 =

1 1

(6 )

0.30 =

=

=

1

1 1= 3.33 = = 6.667 0.15

=

1 (6 )

=

= 1

1 1 6

+

6 20 3.33

+ 1

2.586 6.667

1

+

+

1

1

50 6.667





1 = (0.076) = 0.01267° / 6

∆

=

=

800 − 40 = 60,000 0.01267

+7. =erdida de calor en e n los 1ordes u Orillas

1

= =

=

=

1

= 0.54 = 0.54 ∗ 1 = 0.54

=

(12 )

1

1

1 1

12

1 +

+

1 1 1 20 0.54 2.586 0.54 50 0.54

= 12

= ∆

=

(12 )

1

+

+

(0.8456) = 0.0705° /

12

=

800 − 40 = 10780 0.0705

/7.=erdidas de calor en los (rtices

=

= 0.15

=

1 (8 )

= 0.15 ∗ 0.30 = 0.045

= 0.15(0.15) = 0.0225





8 20 0.045

= =

∆

1

+

1 2.586 0.0225

8

(13.186) = 2.40° / =

800 − 40 2.40

1 50 0.0225

= 371

47. =erdida de calor total en e n el orno

= + + = 60,000 + 10,780 + 317 = 71,097 =orcentaje de la distri1uci2n de 'aredes de calor &4.4F en =aredes "%."F en 8ordes ,.%F en (rtices -------------------------",,F O 8ien3

=

∆

∑

1 1 1 1 = + + ∑ 0.01267 0.0705 2.40

= 0.01069° /

3

(800 − 40)

=

0.01069

= 71,097







:em'eratura Gnterna

PARTE E)PERIMENTAL 1. P"(*i*' *" c'lo( uni*i%"n!ion'l "n "l !i!&"%' &+(%ico

"." 6notar datos Es'esor de las 'aredes 9 ".cm Dimensiones de las 'aredes del sistema Gnterna 9 +4.+cm ! "/. "/. cm "".+ "".+ cm E!terna 9 +%.&cm ! "%.+cm ! "+.&cm

".+ Determinar la 'erdida de calor total total unidimensional en la caja caja t(rmica. Use la Ec. De @ourier.

=

(

−

)

a$ tres 'arejas de 'aredes en un horno casero a tra)(s de las cuales 'uede ocurrir transferencia de calor 'or conducci2n.





=ro'iedades del 'oliestireno : 5;7

K (W/m°K) 0.035 0.03 0.025 0.02

y = 9E-05x + 0.001 R = 0.9878

0.015

0.01 0.005 0 0

50

100

150

200

250

300

350





Suo!icion"!

a7 E!isten condiciones de estado estacionario 17 Se 'uede des'reciar los efectos de 'erdida de calor a tra)(s de las aristas $ las esquinas c7 Se tiene flujo de de calor unidimensional en cada 'ared. =ara condiciones de estado estacionario el flujo de energ>a a tra)(s de todas las 'aredes es igual a la energ>a que suministra el elemento calentador al hornillo. El calor flu$e a tra)(s de las tres 'arejas de 'aredes. =ara cada 'areja la conducci2n de calor se 'uede calcular seg?n la ecuaci2n de @ourier3 An#li!i!.$

=

(

)

C#lculo!

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5673 (

=

)

=

× .

( .

.

)(

.

.

)

.

= 8.64

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5873 (

=

)

× .

=

( .

.

)( )(

.

.

.

)

= 7.12

@lujo calor>fico en las 'aredes de la 'areja 5C73 (

=

)

× .

=

( .

.

)(

.

.

)

= 3 99





Solucion"!:

= =

2(0.242 0.136) 0.016

+

2(0.242

0.112)

0.016

+

2(0.136 0.112) 0.016





= 9.406 = = 0.54 = 4(0.54)(0.242) + 4(0.54)(0.112) + 4(0.54)(0.136) = 1.0584 =

= 0.15∆

= 8(0.15)(0.016) = 0.0192 = 9.406 + 1.0584 + 0.0192 = 10.4836

:ransferencia de calor o '(rdida de calor

=

0.0308 = (10.4836

)

∆

°

= 22.018

(91.7 − 23.51)°

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