Instituto Tecnológico de Mexicali.

Carrera:

Ingeniería Química.

Materia:

Laboratorio Integral 1.

Profesor:

Norman Edilberto Rivera Pasos.

Trabajo:

Reporte de Practica de laboratorio.

“Superficies extendidas (aletas).”

Mesa No. 2

Samuel Lepe de Alba.

Jazmín Lizeth Jiménez Nava.

Lizeth Ramírez Salgado.

Rosa Isela Román Salido.

Diana Alejandra Ríos Marín.

Oscar Astorga Araujo.

Belén Guadalupe Domínguez Moreno.

Jesús Manuel Auyon González.

Mexicali B.C., 26 de noviembre de 2015

Objetivo:

Determinar la perdida de calor de un dispositivo con aletas y sin aletas.

Introducción:

El uso de superficies extendidas es de especial importancia en aplicaciones donde se desea incrementar el flujo de calor y no se di pone del área suficiente, o porque el coeficiente de transferencia de calor es relativamente bajo.

Fundamento teórico:

La razón de la transferencia de calor desde una superficie que está a una temperatura Ts hacia el medio circundante que está a T∞ se expresa por la ley de Newton del enfriamiento como:

Q̇conv=hA (T s−T ∞)

Cuando las temperaturas Ts y T∞ se fijan por consideraciones de diseño, como con frecuencia es el caso, existen dos maneras de incrementar la razón de la transferencia de calor: aumentar el coeficiente de transferencia de calor por convección, h, o aumentar el área superficial A.

El aumento de h puede requerir la instalación de una bomba o ventilador, o reemplazar el existente con uno más grande, pero este procedimiento puede no ser práctico o adecuado. La alternativa es aumentar el área superficial al agregar unas superficies extendidas llamadas aletas, hechas de materiales intensamente conductores como el aluminio. Las superficies con aletas se fabrican al extruir, soldar o envolver una delgada lámina metálica sobre una superficie. Las aletas mejoran la transferencia de calor desde una superficie al exponer un área más grande a la convección y la radiación. Las superficies con aletas son de uso común en la práctica para mejorar la transferencia de calor y a menudo incrementan la razón de esa transferencia desde una superficie varias veces.

En el análisis de las aletas, se considera operación estacionaria sin generación de calor en la aleta y se supone que la conductividad térmica k del material permanece constante. También, por conveniencia en el análisis, se supone que el coeficiente de transferencia de calor por convección, h, es constante y uniforme sobre toda la superficie de la aleta.

Las superficies extendidas tienen varias aplicaciones. Cabe mencionar su uso en los radiadores de automóvil, en el enfriamiento de equipo eléctrico o electrónico, en motores de combustión interna enfriados por aire, en intercambiadores de calor líquido a gas, etcétera.

Reactivos:

Agua.

Material y equipo:

Dispositivo con aletas y sin aletas. Parrilla eléctrica. Termómetro. Termómetro infrarrojo. Vaso de precipitados de 500 ml.

Procedimiento:

1. Agregar en el vaso de precipitados agua hasta 400 ml.2. Encender la parrilla y calentar el agua hasta alcanzar la temperatura

deseada y que sea antes del punto de ebullición.3. Agregar el agua en el dispositivo y esperar unos segundos a que se llegue

al equilibrio.4. Tomar las temperaturas y registrarlas.5. Esperar un minuto y tomar otra vez la temperatura del dispositivo.6. Hacer los cálculos pertinentes.

Cálculos y análisis:

Para calcular la transferencia de calor de la superficie sin aletas utilizaremos la Ley de Enfriamiento de Newton que es:

q=hA (T s−T ∞)

Como la figura era un cilindro se tiene que:

A=2πr h

Se utilizara el coeficiente de película (h) el máximo y el mínimo:

Por lo tanto:

hminima :q=¿

hmaxima : q=¿

Para calcular la transferencia de calor de la superficie con aletas utilizaremos la ecuación de aletas que es:

q=√khPA (T s−T∞ ) tanhmL

Donde: m=√ hPkAComo la figura que era nuestra aleta era un semicírculo y un rectángulo calcularemos el área y perímetro de los dos y los sumaremos.

NOTA: se utilizaran h y k máxima y mínima.

Se utilizara la k del metal que era acero.

Ptotal=¿ Prect+P∘¿

Prect.= .162 m

Pcirc.= .037 m

PTotal = .199 m

Atotal=A rect+A∘

Arect. =.0013 m2.

Acirc. =.00022 m2.

Atotal = .00152 m2.

Quedando:

Mínima.

m=√ hPKA=√¿¿¿¿

tanh (5.277∗.057 )=.30

Y sustituir valores en la ecuación de aletas quedando:

q=1.583W deunasola aleta .

Para conocer la de 6 aletas solo se multiplicaría por 6 el valor obtenido quedando:

q=9.498W

Máxima.

m=√ hPKA=√¿¿¿¿

tanh (15.024∗.057 )=.694

q=12.869W deuna sola aleta .

Para conocer la de 6 aletas solo se multiplicaría por 6 el valor obtenido quedando:

q=77.214W

Ahora se calculara la eficiencia de la aleta que sería con la fórmula:

ɳ= tanh(mL)mL

Dando como resultado:

Mínima

ɳ= .30.30

=1

Máxima

ɳ= .694.856

=.81

Conclusiones:

Si se logró esa práctica ya que se calcularon las transferencias con aletas y sin aletas y en teoría, la transferencia de calor en aletas es mayor que sin aletas y como puede observarse en los resultados obtenidos si se obtuvo eso.

Bibliografía:

Transferencia de calor y masa. Yunus A. Cengel, 3 ed.