Laboratorio Radio Critico Luighi

7/23/2019 Laboratorio Radio Critico Luighi

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LAB. No 4 : RADIO CRITICO DE AISLAMIENTO

CURSO :

TRANSFERENCIA DE CALOR

ALUMNOS :

• IDROGO SOSA EDDY ALEXIS

• GAMARRA MIRANDA ANGEL

• CAJUSOL BALDERA HENRY

• NAVARRO MANOSALVA ROBERT

• PARRAGUEZ DE LA CRUZ LUIGHI

• TAFUR NAQUICHE JEINNER

• VIDAL ALVARADO CRISTOPHER

DOCENTE :

Dr. JORGE A. OLORTEGUI YUME

Pi!"#!$% &' (! No)i!*r! &+,-

LABORATORIO No 5: RADIO CRITICO DE AISLAMIENTO



I. OBJETIVOS

1. Demostrar el efecto de un alambre de radio pequeño con aislamiento y sin

aislamiento respecto a la velocidad de transferencia de calor.2. Hallar el calor disipado por convección.

3. Hallar el radio crítico para el aislante.

II. TEORÍA

a) Radio crítico

Se sabe que al arear m!s aislamiento a una pared o al !tico siempre

disminuye la transferencia de calor. "ntre m!s rueso sea el aislamiento#

m!s ba$a es la ra%ón de la transferencia de calor. "sto es previsible ya que

el !rea A de la transferencia de calor es constante y arear aislamiento

siempre incrementa la resistencia t&rmica de la pared sin incrementar la

resistencia a la convección. Sin embaro# arear aislamiento a un tubo

cilíndrico o a una capa esf&rica es un asunto diferente. "l aislamiento

adicional incrementa la resistencia a la conducción de la capa de

aislamiento pero disminuye la resistencia a la convección de la superficie

debido al incremento en el !rea e'terior. (a transferencia de calor del tubo

puede aumentar o disminuir# dependiendo de cu!l sea el efecto que

domine.

)onsidere un tubo cilíndrico de radio e'terior cuya temperatura de la

superficie e'terior# # se mantiene constante *fiura 1+. (a ra%ón de la

transferencia de calor del tubo aislado ,acia el aire circundante se puedee'presar como

"l valor de al cual alcan%a un m!'imo se determina a partir del

requisito de que *pendiente cero+. -l derivar y despe$ar r2

resulta que el radio crítico de aislamiento para un cuerpo cilíndrico es



"n la fiura 2 se tiene la r!fica de la variación de con el radio e'terior del

aislamiento .

b) Con!cci"n nat#ra$

(a transferencia de calor por convección natural sobre una superficie

depende de la confiuración eom&trica de &sta así como de su orientación.

ambi&n depende de la variación de la temperatura sobre la superficie y delas propiedades termo físicas del fluido que interviene.

-un cuando comprendemos bien el mecanismo de la convección natural#

las comple$idades del movimiento del fluido ,acen que sea muy difícil

obtener relaciones analíticas sencillas para la transferencia de calor

mediante la resolución de las ecuaciones que rien el movimiento y la

enería.

/tili%ando correlaciones empíricas sencillas como el n0mero promedio de

usselt u en la convección natural# tiene la forma

Siendo el n0mero de usselt una función del n0mero de aylei, a.

"l n0mero de aylei, por sí mismo puede considerarse como la ra%ón de

las fuer%as de flotabilidad y *los productos de+ las difusividades t&rmica y de

cantidad de movimiento.



Siendo

N%&!ro d! N#''!$t !n ci$indro' (orionta$!' * !'+!ra'

(a capa límite sobre un cilindro ,ori%ontal caliente se empie%a a desarrollar

en la parte de aba$o# aumentando su espesor a lo laro de la circunferencia

y formando una columna ascendente en la parte superior# como se muestra

en la fiura 3. or lo tanto# el n0mero local de usselt es m!s alto en la

parte de aba$o y m!s ba$o en la de arriba del cilindro# cuando el flu$o en la

capa límite permanece laminar.

Se puede determinar el n0mero promedio de usselt sobre la superficie

completa con base en la ecuación 4526 7abla 4.1 8 9unus -. )enel: paraun cilindro ,ori%ontal isot&rmico.

)uando se conoce el n0mero promedio de usselt y# por consiuiente# el

coeficiente promedio de convección# la ra%ón de la transferencia de calor por

convección natural de una superficie sólida que est! a una temperatura uniforme

Ts ,acia el fluido circundante se e'presa por la ley de e;ton del enfriamiento

como

en donde es el !rea de la superficie de transferencia de calor y h es el

coeficiente promedio de transferencia de calor sobre la superficie.



III. ,RINCI,IO

"l poner aislantes sobre un cilindro de di!metro pequeño *o esfera+ puedeincrementar la transferencia de calor. "l radio del cilindro o esfera debe estar por

encima de un radio crítico * para un cilindro+ antes que el aislamiento

redu%ca la transferencia de calor. "sta es la ra%ón por la que los cables el&ctricosaislados pueden soportar m!s corriente que los no aislados. - una mismatemperatura# los alambres aislados transfieren m!s calor. (as tuberías de pequeñodi!metro frente a tuberías de ran di!metro e'perimentan el mismo fenómeno.

IV. MATERIALES- E/I,OS E INSTR/MENTOS1. <aterial del alambre = nicrom

2. <aterial del aislante= tubo de vidrio pire'

3. "quipo de alimentación de enería el&ctrica= variac



>. "quipo para ensayo= módulo de laboratorio para ,ablar radio crítico.

6. Dispositivos de medición= termocuplas# pin%a amperim&trica.

V.0 ,ROCEDIMIENTOS1. Instalar el equipo a utili%ar verificando que todo est& correctamente

conectado# y al momento de enc,ufar el variac verificar que este se

encuentre en cero.2. <edir los di!metros y lonitudes tanto del alambre desnudo como del

aislado *16 cm de lonitud apro'.+. ambi&n obtener las condiciones a las

cuales se est! traba$ando *presión# temperatura+.3. Subir el volta$e con la perilla del variac# poco a poco# ,asta que el alambre

de nicrom o nicromo est& de color naran$a o ro$o *3?v apro'.+>. /tili%ando una termocupla medir las temperaturas tanto en el alambre

desnudo *ambos sementos+ como en la parte @aisladaA.



6. De acuerdo con la teoría de convección natural# ,allar la temperatura media

para los tres sementos *si las temperaturas en ambos

sementos son iuales solo se ,allar!n 2 temperaturas medias

+

B. )on las temperaturas medias sacar de la tabla -516 7 : los datos siuientes=

Interpolar si es necesario.

C. eempla%ar los datos anteriores y ,allar el n0mero de Rayleigh a con la

ecuación *>+. Hallar el n0mero de usselt a partir de la ecuación 4526 de la tabla -516 7 :4. /sando la ecuación *3+ calcular el coeficiente de convección ,

1?.Hallar la disipación de calor

11. eali%ar los pasos del B al 1? tanto para la parte del alambre desnudo comopara la parte aislada.

12.Einalmente ,allar el radio crítico mediante la ecuación *2+

F (a resistencia t&rmica desde el alambre pasando por el tubo de vidrio ,asta

llear al aire es menor que del alambre no aislado# ya que requiere menos para

transferir esencialmente el mismo calor.F (os datos adicionales como coeficientes *G+ de los materiales se encuentran enlas tablas ane'adas.F o se considerar! el efecto por radiación en este e'perimento.

VI.0 RES/MEN DE RES/LTADOS

VII.0 CONCL/SIONES:



-( culminar la reali%ación del e'perimento de radio crítico se comprobó la teoríade que el alambre disipa mayor cantidad de calor cuando este se encuentraaislado que cuando est! desnudo# adem!s se dedu$o analíticamente el radiocrítico para el aislamiento.

VIII.0 RECOMENDACIONES:

1. or nin0n motivo tocar el alambre desnudo mientras el -I-) est&

conectado.2. ener cuidado al momento de las mediciones con la pin%a amperimetrica y

las termocuplas ya que e'iste rieso de quemaduras.

I1.0 RE2ERENCIAS BIBLIO3RA2ICAS

71: ransferencia de calor y masa >- edición# 9unus )enel.

1.0 ANE1OS:













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