UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

IWM-230 TRANSFERENCIA DE CALOR

PRIMER SEMESTRE 2015

Ayudantes: Kevin Veliz M. Catalina Hernndez

Ayudanta 8: Conveccin Forzada Interna

1. Se tiene un ducto circular de dimetro 1m, por el circula agua a una velocidad constante de 2 m/s. Se sabe adems que el agua entra a una temperatura de 20C y sale a 50C. Calcule el coeficiente de transferencia de calor por conveccin.

2. Se tiene un conducto de acero (k = 237 W/mC) de seccin transversal circular, de dimetro 10cm, un espesor de 1cm y un largo de 10 metros, el ducto transporta agua a una temperatura constante de 90C y una velocidad igual a 3 m/s, se sabe que el coeficiente de transferencia de calor en el ambiente es de 20 W/mC y la temperatura del mismo es de 25C. Calcule la temperatura en la superficie externa del tubo. Asuma condiciones estacionarias.

3. Se tiene un ducto de seccin transversal 20x20 cm y largo de 4m, con una temperatura superficial de trabajo 60C (Considere despreciable la resistencia trmica del ducto). Por el mismo circula aire con una velocidad de 10 m/s, el cual entra a una temperatura promedio de 20C, se solicita:

a) Calcular el coeficiente de transferencia de calor por conveccin. (Haga las suposiciones correspondientes, las que deben ser comprobadas durante el ejercicio).

b) Calcule la temperatura de salida del aire. c) Calcule el calor entregado al aire.

UNIVERSIDAD TECNICA FEDERICO SANTA MARIA DEPARTAMENTO DE INGENIERA MECNICA

IWM-230 TRANSFERENCIA DE CALOR PRIMER SEMESTRE 2015

Ayudantes: Kevin Veliz M. Catalina Hernndez

Desarrollo ayudanta 7: Conveccin forzada interna

1.

1 Temperatura promedio:

= 50 + 20

2= 35

2 Propiedades del agua a esa temperatura:

= 0,623 [ ]

= 4178 [

]

= 0,72 103 [

]

= 994 [

3 ]

= 4,83[] 3 Reynolds:

=

=

1 2 994

0,72 103= 2761110 []

4 Nusselt:

= 0,023 0,8 13 = 5528,12[]

5 Coeficiente de conveccin:

=

= 3444,02 [ 2]

Agua

50 []

2 [ ]

Agua

20 []

2 [ ]

2.

Considerando = 20 [

2 ] ; = 25 [] ; = 237 [ ].

Haciendo analogas elctricas dentro del cilindro:

= 1

=

1

11458,3 10 102 10= 0,000028 [ ]

= ln(

65)

2 237 10= 0,000012 [ ]

= 1

=

1

20 12 102 10= 0,013263 [ ]

= = 0,013303 [

]

2 Luego, obteniendo todas las propiedades a 90

= 0,675 [ ]

= 4206 [

]

= 0,315 103 [

]

= 965 [

3 ]

= 1,96[] 3 Reynolds

= 3 10 102 965

0,325 103= 919948 []:

4 Nusselt

= 0,023 0,8 13 = 1697,53 []

5 Coeficiente de conveccin

=

= 11458,3 [ 2]

Luego, respondiendo la pregunta:

= 10 []

= 10 []

Agua

90 []

3 [ ]

=

=

90 25

0,013303= 4886,12 []

Por lo tanto la temperatura de salida:

= 25 + 3886,12 0,013263 = 89,8 []

3.

a) 1 Suponemos que la temperatura promedio ser de 30

2 Las propiedades del aire a esa temperatura corresponden a:

= 0,02588[ ]

= 1007 [

]

= 1,608 105 [

]

= 1,164 [

3 ]

= 0,7282[] 3 Reynolds

= 10

1,608 105

Para obtener el dimetro hidrulico:

= 4

=

4 0,04

4 20 102= 0,2 []

= 124378 []:

4 Nusselt

= 0,023 0,8 13 = 246,38 [ ]

5 Coeficiente de conveccin

= 31,8816 [ 2]

10 [ ]

Aire

= 20

= 60

=?

b) Para obtener la temperatura de salida consideramos:

= ( )

Para ello, es necesario obtener previamente la rea superficial y el flujo

msico.

= 4 20 102 4 = 3,2 [2]

= = = 1,164 10 0,04 = 0,4656 [ ]

= 27,82 []

Recalculando la temperatura promedio:

= 20 + 27,82

2= 24[]

Como esta temperatura no est tan alejada de la que supusimos se

acepta.

c) Para la transferencia de calor, tenemos:

= =

Por ambos mtodos debiese dar lo mismo pero veamos,

= 20 28

ln(60 2860 20)

= 35,85[]

Entonces: = 31,8816 3,2 35,85 = 3657,46 []

Por el otro mtodo, nos queda:

= 0,4656 1007 8 = 3750,87 []

Por lo que observamos que son semejantes, se aproximan.