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Taller n. ° 4 - Introducción a la capacitancia concentrada transitoria

Un modelo simple para sistemas con temperaturas transitorias es el método de análisis de capacitancia concentrada. Esto a menudo funciona bien para materiales sólidos con alta conductividad térmica. A menudo se piensa en poner una pieza de metal en un fluido a una temperatura diferente, lo que crea un cambio escalonado en el flujo de calor. Sin embargo, no tiene por qué ser fluido. Por ejemplo, sus manos suelen estar bien perfundidas y son una buena fuente de calor.


Estudie el método de capacitancia agrupada en su libro de texto de transferencia de calor. Dibuja el sistema y aplica un balance de energía transitorio para la pieza de aluminio. El supuesto importante es que la temperatura del material es uniforme en el espacio, mientras que cambia en el tiempo. Muestre las soluciones algebraicas resultantes para el flujo de calor y la temperatura en función del tiempo, comenzando cuando el evento térmico comienza en el tiempo t o con la temperatura inicial del aluminio siendo T i .

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

 

 

Escribe la solución simbólica:

 

La temperatura del aluminio en función del tiempo, T =

 


El flujo de calor superficial al aluminio en función del tiempo, qʺ = U (T h - T) =

 


La constante de tiempo exponencial para este proceso, τau =

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Taller # 4 - Resultados de capacitancia acumulada transitoria

Use la pieza de aluminio en su kit colocando el sensor de flujo de calor en un lado y luego envuelva el paño provisto (en el kit) alrededor de él para proporcionar cierta resistencia térmica. Primero use el DAQ con el termopar libre entre sus manos para registrar la temperatura constante de sus manos, T h . Luego reinicie la adquisición de datos y coloque la pieza de aluminio con el sensor de flujo de calor y el paño entre sus manos. Registre la temperatura y el flujo de calor del sensor en la superficie del metal durante aproximadamente un minuto. Guarda el archivo. Con base en el flujo de calor medido y la diferencia de temperatura, suponiendo que sus manos permanezcan a la misma temperatura constante medida anteriormente, calcule un coeficiente de transferencia de calor general en cada momento. Grafique los valores en función del tiempo y tome el promedio, U =                 


La masa del bloque de aluminio es de aproximadamente 14 gramos y las dimensiones son de 2 pulgadas por 1,25 pulgadas por 1/8 pulgadas, piensa. Calcule el área de superficie correspondiente de los lados en contacto con su mano,
Superficie, A s =                 


Utilice estos valores con las propiedades del aluminio (C = 900 J / kg-K) y el coeficiente de transferencia de calor promedio U para calcular el valor de la constante de tiempo, τau =                


Luego use esta constante de tiempo y las soluciones teóricas del modelo de capacitancia concentrada de la página anterior para predecir la temperatura y el flujo de calor. Trace estos valores predichos junto con las curvas medidas y compárelas. Adjunte sus tres gráficas (temperatura pronosticada y medida, flujo de calor pronosticado y medido y coeficiente de transferencia, U).


    1. ¿Cuánta variación del coeficiente de transferencia general se encontró a lo largo del tiempo?

 

 

    2. ¿Por qué el valor de U no es realmente constante?

 

 

    3. ¿Qué tan bien funciona la curva de temperatura predicha basada en la constante de tiempo calculada y la diferencia de temperatura inicial?        coincidir con la curva medida?

 

 

    4. ¿Qué tan bien funciona la curva de flujo de calor predicha basada en la constante de tiempo, el coeficiente de transferencia de calor promedio y             ¿La diferencia de temperatura coincide con los valores experimentales?

 

 

    5. ¿Cómo se sintió la pieza de metal en función del tiempo durante la prueba?

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