Sauna.docx

Versión: 1.0 Revisión: 05/11/2018

UNIVERSIDAD NACIONAL DE CHIMBORAZO FACULTAD DE INGENIERIA

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GUÍA DE PRÁCTICAS PERIODO ACADÉMICO: Octubre2018-Marzo 2019 CARRERA: Industrial DOCENTE: Dr. Mario V. CURSO: Quinto semestre A Cabrera ESTUDIANTES:  Yury Carrillo  Wilian Erazo  Omar Gallegos  Santiago Alvarado FECHA: 18/02/2019 NOMBRE DE LA CÓDIGO DE LA LABORATORIO A UTILIZAR: OPERACIONES UNITARIAS ASIGNATURA: ASIGNATURA: OPERACIONES UNITARIAS EII501 I Práctica No.1

Tema: Número de Reynolds

Duración (horas)

No. Grupos

No.Estudiantes (por Grupo)

3

1

4

1. Objetivos de la Práctica: 1.1 Objetivo General: ● Determinar la transferencia de calor en un sauna. 1.2 Objetivo Específicos: ● Calcular la perdida de calor por convección interno dentro del sauna. ● Calcular la perdida de calor por conducción en cada una de las capas de la pared del sauna. ● Determinar la perdida de calor total. ● Determinar el calor por convección externo dentro del sauna.

1. Marco Teórico: TRANSFERENCIA DE CALOR La transferencia de calor se produce normalmente desde un objeto con alta temperatura, a otro objeto con temperatura más baja. La transferencia de calor cambia la energía interna de ambos sistemas implicados, de acuerdo con la primera ley de la Termodinámica.

Ilustración 1 http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN Según (UNET, 2018), Cuando en un medio sólido existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo qk es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx multiplicado por el área A a través del cual se transfiere, es decir.

T: temperatura; x: dirección del flujo de calor El flujo de calor depende de la conductividad térmica k que es la propiedad física del medio [W/m K], luego se tiene.

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCCIÓN Cuando un fluido se pone en contacto con una superficie sólida a una temperatura distinta, el proceso resultante de intercambio de energía térmica se denomina transferencia de calor por convección. Hay dos tipos de procesos de convección: convección libre o natural y convección forzada. En el primer caso la fuerza motriz procede de la diferencia de densidad en el fluido que resulta del contacto con una superficie a diferente temperatura y da lugar a fuerzas ascensionales. En el segundo caso una fuerza motriz exterior mueve un fluido sobre una superficie a una temperatura mayor o inferior que la del fluido. Para una u otra forma de transferencia de calor por convección, la cantidad de calor es:

Donde: hc = Conductancia covectiva térmica unitaria o coeficiente de transferencia de calor por convección en la interface líquido-sólido. A = área superficial en contacto con el fluido en m2. Ts = Temperatura de la superficie, K Tf = Temperatura del fluido no perturbado lejos de la superficie transmisora del calor. El coeficiente de transferencia de calor por convección depende de la densidad, viscosidad y velocidad del fluido, así como de sus propiedades térmicas (conductividad térmica y calor específico). La resistencia térmica en la transferencia de calor por convección viene dada por:

2. EQUIPOS Y MATERIALES EQUIPOS

Termómetro

Flexómetro

Sauna

Termómetro Ambiental

MATERIALES

3. PROCEDIMIENTO

a)Encontramos el lugar preciso para realizar el estudio en Guano "COCH CLUB". a)Tomamos las medidas del cuarto de sauna. a)Identificamos todos los materiales que tiene cada una de las paredes del sauna. a)Con el termómetro laser tomamos las medidas de las paredes internas y externas. Calculamos la perdida de calor que tiene el sauna.

4. ANALISIS DE DATOS

𝑇°1 𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 57,9 °𝐶 = 331,050 °𝐾 𝑇°2 = 54,8 °𝐶 = 327,950 °𝐾 𝑇°8 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 28 °𝐶 = 301,150 °𝐾 𝑇°7 = 30 °𝐶 = 303,150 °𝐾 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1,90 𝑚 ∗ 3 𝑚 = 5,70 𝑚2 𝐴𝑃𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 = 1,85 𝑚 ∗ 0,85 𝑚 = 1,573 𝑚2 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 = 𝐴𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 − 𝐴𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 = (5,70 − 1,573) 𝑚2

∆𝑥𝑝𝑖𝑛𝑜 = 0,03 𝑚 ∆𝑥𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 = 0,007 𝑚 ∆𝑥𝑙𝑎𝑑𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 = 0,12 𝑚 ∆𝑥𝑣𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎 = 0,05 𝑚 ∆𝑥𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 = 0,009 𝑚 8,5 𝑊 ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒 = 2 𝑚 °𝐾 𝑘𝐴 = 0,583

W m°K

𝑘𝐵 = 0,762

W m°K

𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 = 4,127 𝑚2 𝑘𝐶 = 0,69

W m°K

𝑘𝐷 = 1,75

W m°K

𝑘𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎𝑑𝑒𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 = 1,06

W m°K

5. CALCULOS Y GRAFICOS RESULTADOS PUERTA

𝑅𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 =

𝑅𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 =

∆𝑥𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 𝑘𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 ∗ 𝐴𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 0,009𝑚 1,06 𝑊

2 𝑚𝐾 ∗ 1,573𝑚

𝑅𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 = 0,005 𝐾 𝑊

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 =

1 ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒 . 𝐴𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 =

1 8,5 𝑊

𝑚2 𝐾

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 = 0,075𝐾/𝑊

∗ 1,573𝑚2

𝑞𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 =

𝑇1 − 𝑇4 𝑅𝑖 𝑐𝑜𝑛𝑣 + 𝑅𝑣𝑖𝑑𝑟𝑖𝑜 + 𝑅𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑣

𝑞𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 =

(331,050 − 301,150)𝐾 2(0,075) + 0,005 𝐾 𝑊

𝑞𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 = 192,903𝑊

PARED 2 Y 3

𝑅𝐷 = 𝑅𝐷 =

∆𝑥𝐷 𝑘𝐷 ∗ 𝐴𝑏𝑎𝑙𝑑𝑜𝑠𝑎 0,05𝑚

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 =

𝑇1 − 𝑇8 𝑅𝑖 𝑐𝑜𝑛𝑣 + 𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 + 𝑅𝑐 + 𝑅𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑣 (331,050 − 301,150)𝐾

1,75 𝑊 𝑚𝐾 ∗ 5,70𝑚2

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 =

𝑅𝐷 = 0,005 𝐾 𝑊

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 = 335,955 𝑊

2(0,021) + 0,009 + 0,002 + 0,031 + 0,005 𝐾 𝑊

PARED

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 =

1 ℎ𝑎𝑖𝑟𝑒 . 𝐴𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 =

𝑅𝐴 = 1

8,5 𝑊

𝑚2 𝐾

𝑅𝐴 = ∗ 4,127𝑚2

𝑅𝐵 =

∆𝑥𝐵 𝑘𝐵 ∗ 𝐴𝑐𝑜𝑛𝑐𝑟𝑒𝑡𝑜 0,007𝑚 𝑊 2 0,762 𝑚𝐾 ∗ 4,127𝑚 𝑅𝐵 = 0,002 𝐾 𝑊

0,03𝑚 0,583 𝑊 𝑚𝐾 ∗ 4,127𝑚2 𝑅𝐴 = 0,012 𝐾 𝑊

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣 = 0,029𝐾/𝑊

𝑅𝐵 =

∆𝑥𝐴 𝑘𝐴 ∗ 𝐴𝑝𝑖𝑛𝑜

𝑅𝐶 = 𝑅𝐶 =

∆𝑥𝐶 𝑘𝐶 ∗ 𝐴𝑙𝑎𝑑𝑟𝑖𝑙𝑙𝑜 0,12𝑚 0,69 𝑊

2 𝑚𝐾 ∗ 4,127𝑚

𝑅𝐶 = 0,042 𝐾 𝑊

PARED EXTERIOR CON TEMPERATURA AMBIENTE DE 273,15 °K

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 =

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 =

𝑇1 − 𝑇8 𝑅𝑖 𝑐𝑜𝑛𝑣 + 𝑅𝐴 + 𝑅𝐵 + 𝑅𝑐 + 𝑅𝑜 𝑐𝑜𝑛𝑣 (331,050 − 273,15)𝐾 2(0,021) + 0,009 + 0,002 + 0,031 + 0,005 𝐾 𝑊

𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 = 650,562 𝑊

PERDIDA TOTAL DE CALOR 𝑞𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑 + 𝑞𝑝𝑢𝑒𝑟𝑡𝑎 + 𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑

𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 2 𝑦 3

+ 𝑞𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑

𝑎 𝑇 𝑎𝑚𝑏𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒𝑙 𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟

𝑞𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 247,107𝑊 + 192,903𝑊 + 335,955𝑊 + 650,562𝑊 𝑞𝑇𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1426,527 𝑊

Análisis de Resultados: •

Se pudo apreciar que la temperatura interior era alta en comparación con la temperatura exterior ya que el sauna está conformado por diferentes capas que le dan mayor conservación de calor.

•

Los diferentes aislantes utilizados en las paredes y filos de puerta hacen que la eficiencia calórica del sauna varié y por ello se produce más perdida de calor.

6. CONCLUSIONES •

Se determinó la perdida de calor por convección dentro del sauna la cual fue de 0,029𝐾/𝑊

•

Se determinó las capas de la pared para calcular que perdida de calor tiene cada una de estas, las perdidas correspondientes a cada una de las capas son las siguientes: pino con una pérdida de calor de 0,012 𝐾 𝑊, concreto con una pérdida de calor de 0,002 𝐾 𝑊, ladrillo con una pérdida de calor 0,042 𝐾 𝑊, y baldosa con un perdida de calor de 0,007 𝐾 𝑊.

•

Se determinó la perdida de calor por convección en el exterior del sauna la cual fue de 0,029𝐾/𝑊

•

Se realizaron los cálculos correspondientes para poder hallar la pérdida total de calor que tiene el sauna la cual fue de 440,010 𝑊

7. RECOMENDACIONES •

Revisar los apuntes previos para poder realizar el presente trabajo autónomo.

•

Calibrar los instrumentos de medición.

•

Tomar las temperaturas con precisión puesto que estas nos ayudaran a tener mayor precisión en el cálculo de la pérdida total de calor del sauna.

8. ANEXOS

Ilustración 2 temperatura

Ilustración 3 Medición de la puerta

Ilustración 5 medición interna del sauna.

Ilustración 4 medición termometro laser.

9. BIBLIOGRAFIA •

Heat Transfer. (s. f.). Recuperado 18 de febrero de 2019, de http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/thermo/heatra.html

•

TRANSFERENCIA DE CALOR - Física de nivel básico, nada complejo.. (s. f.). Recuperado 18 de febrero de 2019, de https://www.fisic.ch/contenidos/termodin%C3%A1mica/trasferencia-del-calor/

•

TRANSFERENCIA DE CALOR. (s. f.). Recuperado 18 de febrero de 2019, de http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-165.htm