Práctica de Radiación

1. TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
CONVECCIÓN Y CONDUCCIÓN
López Martínez Ana Cristina.
Luna Vejar Veronica Mercedes.
Rivera Ruíz José Humberto.

2. INTRODUCCIÓN
La transferencia de energía como
calor siempre se produce de un
sistema a otro como resultado de
la diferencia de temperatura, del
medio que tiene la temperatura
más elevada hacia el de
temperatura más baja. La
transferencia de calor se detiene
cuando los dos medios alcanzan
la misma temperatura. El calor se
puede transferir en tres modos
diferentes: conducción,
convección, y radiación.

3. OBJETIVO
Medir la transferencia de calor desde una superficie extendida
como resultado de los modos combinados de transferencia de
calor por convección, conducción y radiación.

4. La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie solida y el líquido o gas adyacentes que están en
movimiento y comprende los efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Entre más rápido es el
movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección. La presencia de movimiento masivo del fluido
acrecienta la transferencia de calor entre la superficie solida y el fluido, pero también complican la determinación de las
razones
de esta transferencia.
La convección recibe el nombre de convección forzada si el fluido es forzado a fluir sobre la superficie mediante medios
externos como un ventilador, una bomba o el viento. Se dice que la convección es natural (o libre) si el movimiento del fluido es
causado por las fuerzas de empuje que son inducidas por las diferencias de densidad debidas a la variación de temperatura en
ese fluido.
La rapidez de la transferencia de calor por convección es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa en forma
conveniente por la ley de Newton del enfriamiento como
𝑄̇𝑐𝑜𝑛𝑣=ℎ𝐴𝑠(𝑇𝑠− 𝑇∞) (W)
En donde 𝑄 es el flujo de calor por convección (𝑊/𝑚2
), h es el coeficiente de transferencia de calor por convección, As es
el área superficial a través de la cual tiene lugar la transferencia de calor por convección, Ts es la temperatura de la
superficie y 𝑇∞ es la temperatura del fluido suficientemente alejado de esta superficie. El coeficiente de transferencia
de calor por convección h no es una propiedad del fluido. Es un parámetro que se determina en forma experimental y
cuyo valor depende de todas las variables que influyen sobre la convección como la configuración geométrica de la
superficie, la naturaleza del movimiento del fluido, las propiedades de éste y la velocidad masiva del mismo.
METODOLOGÍA

5. La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones) como resultado de los cambios
en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. La transferencia de calor por radiación no requiere la presencia de
un medio interventor. Este modo de transferencia es la más rápida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuación en un vacío.
𝑄̇𝑟𝑎𝑑=𝜀𝜎𝐴𝑠(𝑇𝑠4
− 𝑇𝑎𝑙𝑟𝑒𝑑4
)
La transferencia de calor por radiación hacia una superficie, o desde esta, rodeada por un gas como el aire, ocurre paralela a
la conducción (o convección si se tiene un movimiento masivo del gas) entre esa superficie y el gas. Por tanto la
transferencia de calor se determina al sumar las contribuciones de los dos mecanismos de transferencia. Por sencillez y
conveniencia esto se lleva a cabo mediante la definición de un coeficiente combinado de transferencia de calor, h combinado, que
incluye tanto los efectos de la convección como de la radiación. Entonces la razón total de transferencia de calor hacia una
superficie, o desde esta, por convección y radiación se expresa como:
𝑄̇𝑐𝑜𝑚𝑏=ℎ𝑐𝑜𝑚𝑏𝐴𝑠(𝑇𝑠− 𝑇∞)
La radiación suele ser significativa con relación a la conducción o a la convección natural, pero despreciable con
relación a la convección forzada. Por tanto en las aplicaciones de convección forzada se suele descartar la radiación en
especial cuando las superficies que intervienen tienen emisividades bajas y temperaturas de bajas a moderadas.
En este caso particular la ecuación se expresa como:
𝑄̇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙=ℎ𝑐𝑜𝑚𝑏𝐴𝑠(𝑇𝑠− 𝑇∞)
Donde ℎ𝑐𝑜𝑚𝑏=ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣+ ℎ𝑟𝑎𝑑 Área superficial correspondiente a un cilindro es 𝐴𝑠=𝜋𝐷𝐿 L es el largo del cilindro (distancia entre
las termocuplas 1 y 8) D es el diámetro del cilindro.

6. El coeficiente promedio de la transferencia de calor por convección puede calcularse usando la siguiente relación empírica:
Donde
Ts: Temperatura promedio en la superficie del cilindro (determinado por el promedio de las temperaturas T1 hasta T8)
Ta: Temperatura ambiente (T9)
El coeficiente de transferencia de calor radiactivo promedio puede calcularse usándose la siguiente expresión:
Donde:
σ = Constante de Stefan Boltzmann 56.7 x 10-9
ξ = Emisividad de la superficie
F = 1 = Factor de vista

7. MATERIAL Y EQUIPO
HT10X - Unidad de servicio de transferencia
de calor.
HT15 - Accesorio de transferencia de calor
de superficie extendida

8. • Ubique el HT15 Extended Surface Heat Transfer Accesory
al lado del HT10X Heat Transfer Service Unit sobre un soporte
apropiado.
• Verifique que los equipos se encuentren lejos de cualquier
corriente o fuente de radiación, ya que la transferencia de calor
desde la superficie extendida solo se debe a la convección
natural y a la radiación de los alrededores.
• Conecte las nueve (9) termocuplas en la correspondiente
toma del panel del HT15 y verifique que los números de
las termocuplas concuerden con la posición en la que deben
estar ubicadas.
• Ajuste el potenciómetro de control de voltaje al mínimo y mueva
el switch a la posición Manual.
• Conecte la unidad de servicio a la toma de corriente regulado y
verifique que los brakers se encuentran en posición ‘on’.
• Encienda la unidad de servicio y el calentador.
PUNTOS A REVISAR ANTES DE INICIAR LA
PRÁCTICA:

9. 1.Revise si el equipo se está correctamente instalado.
2.Encienda el equipo dándole suministro eléctrico al sistema. Ajuste la perilla del voltaje a 20 V,
y la corriente en 0.66 A.
3.Monitoreé regularmente la temperatura T1 hasta cuando se estabilice en
aproximadamente 80°C, después de esto reduzca el voltaje a 9 V.
4.Monitoree las temperaturas y permita que los sensores de temperatura se estabilicen.
5.Registre el voltaje y la corriente de salida suministrada para calcular la potencia.
6.Registre las temperaturas en las nueve posiciones a lo largo del cilindro, incluyendo la
temperatura ambiente T9.
7.Ajuste nuevamente la perilla del voltaje a 16 V y espere a que las temperaturas se estabilicen.
Nuevamente registre los datos para las nueve temperatura.
PROCEDIMIENTO