PROBLEMA 1

Aire a 2 atm y 200 C se calienta a medida que fluye a travs de un tubo de 1 plg (2.54 cm) de dimetro a una velocidad de 10m/s. Calcule la transferencia de calor por unidad de longitud del tubo si se mantiene una condicin de flujo de calor constante en la pared, y la temperatura de la pared es 20C mayor que la temperatura del aire a todo lo largo del tubo. (Cunto aumentar la temperatura global en una longitud de 3 m del tubo?

Solucin

Primero calculamos el nmero de Reynolds para determinar si el flujo es laminar o turbulento, y seleccionar entonces la correlacin emprica adecuada para el clculo de la transferencia de calor. Las propiedades del aire a una temperatura global de 200C son

de manera que el flujo es turbulento. Por consiguiente, utilizamos la Ec. 6-4 para calcular el coeficiente de transferencia de calor.

Entonces el flujo de calor por unidad de longitud es

Ahora podemos realizar un balance de energa para calcular el incremento en la temperatura en 3.0m de longitud de tubo:

Tambin tenemos:

de manera que insertamos los valores numricos en el balance de energa para obtener

PROBLEMA 2

En un tubo de 1 plg (2.54 cm) de dimetro, entra agua a 60C y una velocidad media de flujo de 2cm/s.Calcule la temperatura de salida del agua si el tubo es de 3.0 m de largo y la pared tiene una temperatura constante de 80 C.

Solucin

Primero evaluamos el nmero de Reynolds a la temperatura global de entrada para determinar el rgimen de flujo. Las propiedades del agua a 60 C son

por consiguiente, el flujo es laminar. Calculando el parmetro adicional, tenemos

de este modo, podemos aplicar la Ec. 6-10. Todava no conocemos la temperatura global media necesaria para evaluar las propiedades, de manera que primero hacemos el clculo en base a 60C, determinamos una temperatura global de salida y en seguida realizamos una segunda iteracin para obtener un valor ms exacto. Cuando se designan las condiciones de entrada y salida con los subndices 1 y 2 respectivamente, el balance de energa resulta.

A la temperatura de pared de 80C tenemos

De la Ec. 6-10

La rapidez de flujo en masa es

Insertando el valor para h dentro de la Ec. (a) junto con M y Tb1= 60C y Tw = 80C nos da

Se puede resolver esta ecuacin para que nos d

Por tanto, debemos regresar y evaluar las propiedades a

Obtenemos:

Volvemos a insertar en la Ec. (a) este valor de h para obtener

En este problema la iteracin produce una diferencia muy pequea. Si hubiramos encontrado una diferencia de temperatura global, grande el cambio en las propiedades habra tenido un efecto mayor.

BIBLIOGRAFIA

J. P. Holman, Transferencia de calor, Dcima Edicin, Editorial CONTINENTAL, S.A. DE C.V. MXICO, (1999), pp. 254-269.