INSTITUTO UNIVERSITARIO DE TECNOLOGÍA

“DR. FEDERICO RIVERO PALACIO”

DEPARTAMENTO DE PROCESOS QUÍMICOS

HORNO

(INFORME)

Profesor: Sonia Di Silvestre

Grupo: G6

Integrantes:

Majonica Génesis

Navas Lewensels

Ortega Kevin

Pernia Andreina

Caracas, 25 de octubre el 2012

HORNO Grupo: G6

Integrantes

Majonica Génesis

Navas Lewensels

Ortega Kevin

Pernia Andreina

RESUMEN

Palabras claves.

2

INDICE

1. NOMENCLATURA. 4

2. TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES. 5

3. MODELO DE CÁLCULO. 7

3.1 Cálculo del area de transferencia del horno. 7

3.2 Cálculo del area de transferencia de cada capa del horno. 7

3.3 Cálculo de la temperatura promedio. 8

3.4 Cálculo de la conductividad termica. 8

3.5 Cálculo del flujo de calor de cada capa del horno. 9

3.6 Cálculo del flujo de calor por conducción. 9

3.7 Cálculo del coeficiente de transferencia. 9

3.8 Cálculo del flujo de calor por convección. 10

3.10 Cálculo del flujo de calor total. 10

3.11 Cálculo de la potencia electrica. 10

4. RESULTADOS. 18

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS. 16

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES. 17

7. ANEXO. 18

8. BIBLIOGRAFÍA. 15

3

1 .NOMENCLATURA

Símbolo Nombre de la variable Unidad Dimensión

H

At

K

q

A

P

T

t

V

Altura

Área de transferencia

Conductividad térmica

Flujo de calor

Intensidad de corriente eléctrica

Potencia eléctrica

Temperatura

Tiempo

Voltios

m

m2

W/m °C

W

Watio

°C

min

L

L2

M.L.t-3.T

M.t-3

A

M.L2.t-3

T

t

4

2 .TABLA DE DATOS EXPERIMENTALES

TABLA 1. Datos de Temperatura y tiempo, para verificar el régimen térmico del horno.

Tiempo

(min)

T1

(°C)

T2

(°C)

T3

(°C)

T4

(°C)

T5

(°C)

T6

(°C)

T7

(°C)

T8

(°C)

T9

(°C)

T10

(°C)

T11

(°C)

T12

(°C)

15

40

15

15

15

15

15

15

249

241

241

230

235

235

240

240

244

244

240

247

241

247

249

242

239

235

235

237

239

239

239

243

243

239

247

240

247

248

118

121

123

123

127

133

132

135

135

136

136

137

137

138

139

118

154

154

153

156

159

158

160

160

160

160

161

161

162

162

161

154

76

76

79

159

85

90

91

92

92

93

93

95

95

83

86

86

76

91

97

97

100

100

101

101

102

102

104

104

39

45

46

49

52

97

63

67

68

71

71

73

73

75

76

40

45

45

48

49

57

57

60

60

61

61

63

63

64

64

24

35

36

38

40

47

47

50

50

52

52

53

53

55

55

39

44

45

48

49

57

57

60

60

62

62

63

63

64

64

40

54

55

59

60

70

70

74

74

77

76

78

78

79

79

19

10

11

12

12

17

17

20

20

21

21

21

21

22

22

TABLA 2. Datos de Temperatura interior del horno.

5

Temperatura interior

(°C)

200

TABLA 3. Datos de intensidad y voltaje para la potencia eléctrica.

Intensidad

(A)

Voltaje

(V)

19 220

3. MODELO DE CÁLCULO

- 3.1. Cálculo del área de transferencia del horno: para la obtención del área de

transferencia del horno se utilizo una cinta métrica para medir la altura y la base,

multiplicado por el número de caras que está constituido el horno.

A=(B × H )× 6

6

- 3.2. Calculo del área de transferencia de las capas que conforman el horno

(a,b,c): para la obtención del área de transferencia de cada una de las capas , se debe

calcular primero la altura de cada una de las capas del horno, para luego ser

multiplicada por cada base de las diferentes capas.

-Altura de cada capa:

Ha=H− ( H 1+ H 2 )−( H 3+ H 4)

Hb=H−( H 1+ H 2 )

Hc=H−( H 1+H 2 )

-Área de transferencia de materia de cada una de las capas.

Aa=Ha× Ba

Ab=Hb × Bb

Ac=Hc× Bc

-3.3 .Cálculo de la temperatura promedio: este método se utiliza para obtener un

promedio de las temperaturas internas y externas de cada una de las capas que

conforman el horno.

T=T 1+T 2+¿T 3… … .

n¿

*Para la capa a, se utiliza para obtener la temperatura externa.

7

*Para la capa b, se utiliza para obtener la temperatura interior y exterior.

*Para la capa c, se utiliza para obtener la temperatura interior u exterior.

-3.4 Calculo de la temperatura promedios en las capas

Tpra=Tia−Tea2 a

-3.5 Calculo de la conductividad térmica de las capas que conforman el horno

(a,b,c): para obtener la conductividad térmica de las diferentes capas, se debe calcular

una temperatura promedio con respecto a la temperatura interior y exterior de cada una

de las capas.

Ka=0.06845+0.2912× 10−6 ×Tpra2

Kb=0.04686+0.3587 ×10−6× Tprb2

Kc=0.31760+0.1215 × 10−6 ×Tprc2

-3.6. Calculo del flujo de calor para las diferentes capas del horno (a,b,c): este

método calculo se utiliza para hallar el flujo de calor que atraviesa ,por las distintas

capas del horno que se rige por la ley de Fourier.

8

Qa=Tia−TeaeaKa

× Aa

Qb=Tib−TebebKb

× Ab

Qc=Tic−TececKc

× Ac

-3.6. Cálculo del flujo de calor por conducción: se aplica la ley de Fourier , para

una conducción en régimen térmico , atraves de una pared compuesta por tres

cuerpo diferentes.

Qconducción= ∆TRtotal

= ∆ TaEa

Ka× Aa

+ ∆ TbEb

Kb× Ab

+ ∆ TcEc

Kc × Ac

-3.7 Cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección natural:

h=1.4149 ×( ∆TH ) .

14

-3.8 Cálculo del flujo de calor por convección: para la obtención del flujo de calor

por convección se rige por la ley de enfriamiento.

9

Qconvección=h × A ×(Tw−Ta)

-3.9Cálculo del flujo de calor total: para el cálculo del flujo calor total se debe

tomar en cuenta todas las resistencias que existen en el horno según el punto en que

se requiere medir el flujo de calor.

Qtotal= ∆ T1hi

+Ea

Ka × Aa+

EbKb× Ab

+Ec

Kc × Ac+

1hi

-3.10 Cálculo de la potencia eléctrica: se utiliza para obtener la potencia eléctrica

que el horno requiere para suministrar la energía necesaria.

P=I ×V

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

TABLA 3. Flujo de calor en cada una de las capas que conforma el horno (a,b,c).

10

Qa

(W)

Qb

(W)

Qc

(W)

6,305 1,069 0,243

TABLA 4. Flujo de calor por conducción, convección, total y energía suministrada.

Qconducción

(W)

Qconveccion

(W)

Qtotal

(W)

Qsuministrado

(kW)

1.29 1.42 1,019 4.18

TABLA 5. Flujo de calor entre la temperatura interna y externa del horno.

Q

(W)

11

0.972

TABLA 6. Flujo de calor entre la temperatura interna del horno y temperatura

ambiente.

Q

(W)

1.019

5. DISCUSIÓN DE RESULTADOS

En cuanto la puesta en régimen térmico del equipo durante el transcurso de la práctica,

se aprecia que el espacio de tiempo en el cual se mantuvo el horno encendido no

permite que la distribución de calor sea uniforme. Esto se refleja en la tabla # 2 donde

se aprecian que los termopares correspondientes a cada capa ubicados en diferentes

puntos de las mismas, no reflejan temperaturas que comparadas entre sí sean similares.

12

Estas diferencias en las temperaturas de las capas influyen directamente en el cálculo

de los calores por conducción.

Los cálculos realizados respecto a los calores, fueron hechos con las últimas

temperaturas obtenidas en la experiencia. En la última notación de datos las

temperatura mantuvieron en un rango de variación de ±2gradosos los calores que

atraviesan las capas del horno son distintos entre sí, esta diferencia responden

principalmente a las características del equipo y los equipos de medición de

temperatura.

En la capa “A” hay una mayor transferencia de calor esto puede ser debido a que la

resistencia del interior del equipo se encuentra en contacto con esta capa lo que genera

una conducción en la cual el calor que debería dirigirse hacia el interior del horno se

pierde por las paredes, a su vez en la obtención de datos también se presenta una

característica que influyo en que el resultado de flujo de calor fuera elevado, esta es la

temperaturas T5y T6, la cual son bajas y cambia el valor del flujo, cabe acotar que el

nivel 2 en el dial es el más difícil de manipular para que el valor reflejado sea razonable.

.

La capa “B” presenta valores de temperatura en la cara externa los cuales son

semejantes entre sí ( T7,T8,T9 y T10). Esto influyo en que esta capa tenga un

comportamiento más idóneo en cuanto al flujo de calor; mientras que la capa “C” las

diferencias en las temperaturas externas pueden ser las causantes de la caída en el

cálculo de flujo de calor.

13

En el caso de cálculo flujo de calor entre la temperatura interna y externa, y, la interna

y ambiental, se desprecia la convección interna esto debido a que esta refleja un

resultado negativo, el cual altera el resultado del valor total.

En la comparación entre los flujos de calor por capa con respecto al flujo calculado

entre la temperatura interna y la externa, arroja que solo la capa “B” presenta una

similitud con ese flujo. Las diferencias presente en las otras capas pueden

corresponderse a factores como el funcionamiento de los termopares o a no haber

alcanzado el régimen estacionario.

De igual manera el flujo de calor calculado entre la temperatura interna y ambiental,

solo es símil con flujo de calor en la capa “B”.

Las variación en las temperaturas medidas puede ser causada por: daños en los

termopares, los cuales pueden ser separaciones en la unión fría daños en el cable de

trasmisión, perdida en la sensibilidad del equipo a causa de altos flujos de calor ( en el

caso especifico de las termopares de tipo k tienen límites desde 0 ºC hasta 1370ºC); a

su vez este tipo de horno debe limitarse a las aplicaciones donde el flujo de calor sea lo

más uniforme posible. Y que unas de las desventajas de los hornos de resistencia es la

inercia térmica proceso en el cual el cuerpo adquiere pierde calor acumulado.

Al comparar el flujo de calor que disipa el horno a través de las paredes con respecto a

la energía suministrada, se obtuvo que estos no son igual, debido a que el diseño del

14

horno está basado en el calor que este pueda retener para calentar su interior y los

productos que allí se encuentren.

6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

El régimen térmico no fue alcanzado.

El flujo de calor entre capas no es igual

La capa donde hay mayor flujo de calor es la capa “A”.

15

La capa “B” es la que tienen mayor similitud, con los flujos de calores

evaluados desde la temperatura interna a la externa y desde la temperatura

interna a la ambiental.

El flujo de calor que se pierde por las paredes es mucho menor al

suministrado, esto se corresponde correctamente con el objetivo que tiene el

diseño de un horno el cual es mantener el calor en su interior.

Recomendaciones

Verificar que las recolecciones de datos se han coherentes con los objetivo,

esto debido a que en algunos casos el equipo de medición refleja temperaturas

que no son lógicas.

16

Verificar el funcionamiento y hacer mantenimiento especialmente al el canal

#2 del dial. Debido a que este es el que es más difícil de manipular para que de

una temperatura razonable.

17

7. ANEXOS

18

8.BIBLIOGRAFIA.

HERRERA JESÚS. (1987). Guía de mecánica de los fluidos. Caracas. IUT “Región Capital”

19