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[TAREA #9 DE TRANSFERENCIA DECALOR]

09 de Diciembre de2015

UNIVERSIDAD DE CARTAGENA

Facultad de Ingeniera

Programa de Ingeniera Qumica

TAREA #9 DE TRANSFERENCIA DE CALORGina Cantillo1, Elvis Herrera1,

Rosa Silvera1, Fredy Utria1. Miguel ngel Mueses2.1Estudiante de V Se!estre de ngenier"a #u"!i$a, 2%o$ente Universidad de Cartagena,

ngeniero #u"!i$o, &'.%.Universidad de Cartagena, Cartagena de ndias, (ol"var, Colo!)ia, 2*1+.

%isear un radiador de auto!-vil. For!ular !ate!ti$a!ente, solu$ionar e$ua$iones y'a$es si!ula$iones del !is!o.

Considera$iones/

0 El rerigerante no se evaora.0 3a velo$idad del viento es igual a la velo$idad del $arro.0 Se $onsidera $o!o un )an$o de tu)os.

Cuantii4ue/

Coei$iente glo)al de transeren$ia de $alor

U

[W/m2C]

%i!etro e5terior del tu)o do [mm]%i!etro interior de la $ora6a Ds [mm]

rea de lu7o transversal As [m2]rea total del tu)o At [m2]

Esa$ia!iento entre dele$tores Lbc [mm]89!ero de dele$tores Nb

89!ero de tu)os NttCoei$iente de transeren$ia de $alor en el

lado del tu)o ht[W/m2C]

Coei$iente de transeren$ia de $alor del ladode la $ora6a hc

[W/m2C]

rea real de transeren$ia de $alor Ao [m2]Ca"da de resi-n del lado del tu)o det!"t [!]Ca"da de resi-n total del lado de la $ora6a

det!"tot![!]

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$% Es&'em! de s(stem!

8uestro radiador un$iona $o!o un inter$a!)iador de $alor, el $ual est $o!uesto or un)an$o de tu)os $il"ndri$os de a$ero ino5ida)le $on aletas longitudinales. El rerigerante autili6ar es el agua y el luido e5terno es el aire.

Un a$tor !uy i!ortante ara deter!inar el n9!ero de asos del lu7o or el lado de lostu)os es la $a"da de resi-n er!isi)le. El 'a6 de tu)os est rovisto de dele$tores ararodu$ir de este !odo una distri)u$i-n unior!e del lu7o a trav:s de :l.

En nuestro !onta7e el aire tiene el ael de rerigerante, teniendo en $uenta los !e$anis!osde transeren$ia de $alor de un auto!-vil. Este $ir$ulara a trav:s de la $ar$asa del radiador,e inter$a!)iara $alor $on el agua 4ue se transorta or los tu)os del !is!o. El aireingresara a te!eratura a!)iente ;.3a velo$idad del auto!-vil ser de @* A!B'

El es4ue!a general de nuestro siste!a es el siguiente/

F()'*! $% Es4ue!a general del siste!a.

2% R!d(!do* +I,te*c!mb(!do* de c!o* co, b!,co de t'bos-%

Un radiador es un disositivo ara inter$a!)iar $alor entre dos !edios, disiando el $alorroveniente de un o)7eto ara evitar su so)re$alenta!iento. General!ente tra)a7an or$onve$$i-n $ediendo el $alor al a!)iente.

El un$iona!iento de un radiador $onsiste en a!liar la sueri$ie de inter$a!)io or!edio de aletas er!itiendo un !ayor esa$io de transeren$ia entre los dos luidos. 3a

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transeren$ia de $alor deende de los deltas de te!eratura entre el o)7eto y el !edioa!)iente y de la sueri$ie donde o$urre el inter$a!)io.

.% C!*!cte*st(c!s 0 m!te*(! de os t'bos 0 c!*c!s!%

Material de los tu)os y $ar$asa/ lu!inio.

Un radiador general!ente est so!etido a un lu7o $onstante de luidos a altaste!eraturas, or lo 4ue se de$ide otar or lu!inio de)ido a 4ue entre susroiedades se en$uentra una alta resisten$ia a la $orrosi-n, o5ida$i-n, rutura y

elevada resisten$ia a altas resiones y te!eraturas. 3os !ateriales !s $o!unes 4ue seutili6an ara los tu)os y ara la $ora6a son a$eros de)ido a 4ue los !ateriales !s$o!unes son alu!inio, $o)re y a$ero ino5ida)le S

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A)'!Es una sustan$ia$uya !ol:$ulaest or!ada or dos to!osde 'idr-genoy unodeo5"geno;H2>.

Caa$idad Calor"i$a [(J/kg K)C] 4190

%ensidad [3)/m.] 1***

Vis$osidad din!i$a [ce,t( "o(se]4 [m Ns/m2] 1

a)la 2. &roiedades del agua.

5% D(me,s(o,es 0 m!te*(!es de *!d(!do*%

3a $onigura$i-n en los radiadores $on tu)os y aletas var"a deendiendo del dese!eodeseado de transeren$ia de $alor, $a"da de resi-n y los !:todos e!leados ara redu$irlos esuer6os t:r!i$os, revenir ugas, $il !anteni!iento, soortar las resiones yte!eraturas de oera$i-n, y la $orrosi-n.

3os tu)os son los $o!onentes unda!entales, roor$ionando la sueri$ie de

transeren$ia de $alor entre el luido 4ue $ir$ula or el interior de los tu)os. 3os tu)osueden ser $o!letos o soldados y general!ente estn 'e$'os de $o)re o alea$iones dea$ero. tras alea$iones de n"4uel, titanio o alu!inio ueden ser re4ueridas araali$a$iones ese$"i$as.

ene!os en $uenta 4ue tra)a7are!os un radiador $on un$iona!iento de un inter$a!)iadorde $alor. En la !ayor"a de los inter$a!)iadores, ! *e!c(6, e,t*e e es"!c(!m(e,to e,t*et'bos 0 e d(7met*o e8te*(o* de t'bo !*! e,t*e $:25 0 2. El valor !"ni!o se restringe a1.2+ or4ue ara valores ineriores, la uni-n entre el tu)o y la la$a tu)ular se 'a$e !uyd:)il, y uede $ausar iltra$iones en las 7untas. &ara los !is!os esa$ia!iento entre tu)os y

$audal, los arreglos en orden de$re$ientes de $oei$iente de transeren$ia de $alor y $a"dade resi-n son/

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T!b! .% Condi$iones de oera$i-n del airee!eratura de entrada

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Entre los rin$iales ar!etros de diseo de los radiadores tene!os/

3a se$$i-n transversal total de los tu)os

A tubo=Nt[ tht. (twttht)+ 4tht2 ]

El permer! inern! !al" P#b!" $ el dimer! %idr#lic! del #b!" D%#b!&

Ptubo=Nt. [ . tht+2(twttht)]

Dtubo=4.Atubo

Ptubo

El rea de ran'erencia de cal!r del lad! del #b!

2.( twttht+ . tht)Aefec, tubo=Nt

El rea !al del inercambiad!r de cal!r

Ac=(Nt.tho+Nc . ch ) . Lt

D!nde *c $ c% repre'enan el n+mer! de alea' $ la al#ra de '#' cenr!'"re'peci,amene- $ . e' la l!ngi#d de #b! p!r pa'!& El rea bl!#eada p!r

la' alea' $ el rea de #! libre

A ba=Lt

f p(ch . ft+ (fpft) . ft) . Nc

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A fa=Ac(Aba+Nt. Lt)

D!nde p $ '!n el pa'! de la alea $ '# e'pe'!r" re'peci,amene&

Dh ,a =(4.A faPair )El n+mer! de alea'

Naletas=

Lt

fp

Anlisis de Alets!

iend! la alea de'de !ra p!'icin

T,

60

.

Fig" $% Alet& 'ist ltel%

El enmen! pre'enad! e' di'ipacin de cal!r a l!' alreded!re'" c!n'iderand!

la' 'ig#iene' c!ndici!ne'

!2T

! "2

!2T

! #2

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8()68b

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!

2

T! $

2 !

2

T! #

2

En!nce' rabaarem!' el 'i'ema c!n c!nd#ccin #nidimen'i!nal en e'ad!

e'able&

El anc%! de la alea : $ '# l!ngi#d '!n m#c%! ma$!re' #e '# e'pe'!r&

;acem!' #n balance en #n ,!l#men de c!nr!l

Fig" % Es"e* del '+l"*en de ,+nt+l

% &=w % #'

;acem!' el balance de cal!r

} {A} rsub {s} =0

(#

} {A} rsub {{T} rsub {z}} - {q} rsub {z} rsup {A

T#)

co*+

D!nde

} =h(T- {T} rsub {} )

AT#=w' % As=2 w % # )co*+

Pgina o)tene!os la e5resi-n/

9r

00r ( r

0u0r)=

0p0"

l integrar dos ve$es la e$ua$i-n anterior o)tene!os/

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r0u0r= &9 (

0p0")

r

2

2+2&

y

u (r )=&

9 (0p0" ) r2

4+2& l r+22

Usando las $ondi$iones de rontera siguientes, deter!ina!os C1 y C2/

u (r0 )=0 0u0rr =0=0

%esu:s de evaluar las $onstantes, se tiene 4ue/

u (r )=&49 ( 0p0")r 02[&( rr0)

2

]Se uede o)tener ta!)i:n la velo$idad !edia de lu7o

um=r0

2

/9

0p

0"

Sustituyendo la e5resi-n anterior de se o)tiene el eril de velo$idad/

u (r )um

=2 [&(rr0)2

]

Ec'!c(6, de Co,se*!c(6, de ! E,e*)!%

(alan$e de Energ"a.

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:2o*+ecti+os +

:2o*0ucci>*molecular+

:Disipaci>*+iscosa+

)Tra*sferi0o=

0

(m# e|# m# e|#+ %# )+ (( } rsub {z} {A} rsub {z} right rli} rsub {z} - {l"t o {q#A#|# +% # )+(?#A

%onde e=h+&

2+

2

Se desre$ian los ee$tos or $ondu$$i-n !ole$ular, disia$i-n vis$osa y Energ"a$in:ti$a.

(m# h|# m# h|#+@# )+)tA t=0

Ree!la6ando m#=7 +#A#

(7 +#A# h|#7 +#A# h|#+@# )+)tA t=0

Sa$ando A# $o!o Fa$tor $o!9n

A# (7 +# h|#7 +# h|# +@# )+) tA t=0

Ree!la6ando A#= r2

y A t=D@# .

r2(7 +# h|#7 +# h|#+@# )+D@#)t=0

%ividiendo entre % &= r2% # .

r2 (7 +# h|#7 +# h|# +@#)

r2

% #+

D@#)t

r2% #

=0

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(7 +# h|#7 +# h|#+@#)% # +D)t

r2 =0

Reorgani6ando/

(7 +# h|#+ %# 7 +# h|# )% #

+D)t

r2

=0

li$ando lim % #/ 0

lim%#/ 0

(7 +# h|#+% #7 +# h|# )% #

+lim

%# / 0

D)t

r2

=0

!! #

(7 +#h )+D)t

r2

=0

!

! #

(7 +# h)D)t

r

2 =0

+#!

! #(7h )

D)t

r2

=0

eniendo 4ue/ h=T

2p 0T /0h=2p 0T y r=D

2 , enton$es

7 +#^

2p0T

0#

D)t

(D2)2 =0

7 +#2p0T

0#

D)t

D2

4

=0

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7 +#^2p 0T0#

4 )t

D =0

Ree!la6ando )t=h (TsT )

7 +#2p0T

0#

4h (TsT )D

=0

9% ARBETROS DE SIILITUD%

Parmetro No. 1.

+#=

+#

+/+#=+#

+

Parmetro No. 2.

! +#=

! +#

+ / ! +#=! +#

+

Parmetro No. 3.

! #=

! #

D/! #=! #D

Parmetro8o. @.

! P=

! P

7 +2/! P=! P7 +2

Parmetro No. 5.

! T=

! T

(TTs )/! T=! T (TTs )

$% C!mb(o ! ,me*os !d(me,s(o,!es%

Ec'!c(6, de Co,t(,'(d!d%

!

! #(7 +# )=0

li$ando los ar!etros de si!ilitud 8o. 2 y 8o. e deerminan la' pr!piedade' ge!mrica' a amb!' lad!' del

inercambiad!r&

J >e calc#lan la empera#ra gl!bal media de l!' #id!' $ '#' pr!piedade'

erm!'ica'& >e a'#men la' empera#ra' de 'alida& @ men!' #e 'e enga #n

e'imai,! m' cercan!" 'e p#ede a'#mir #na eciencia del 0LM75L" 'eg+n

la e=periencia del di'eNad!r" $ c!n e'! calc#lar la' empera#ra' pr!bable' de

'alida

Th, o=Th ,i C( 2mi*2h ) (Th ,iTc ,i )

Tc, o=Tc ,iC( 2mi*2c ) (Th , iTc ,i )

Con/

2mi*=( m2p)mi* 2ma"=(m2p)ma" 2=2mi* /2ma"

D!nde 8c"! $ 8c"i '!n la' empera#ra' de 'alida $ enrada del #id! r!"

re'peci,amene" $ 8%"! $8%"i '!n la' empera#ra' de 'alida $ enrada del

#id! caliene" re'peci,amene& ?c $ ?% '!n l!' cal!re' e'pecc!' de l!'

#id!' r! $ caliene" re'peci,amene

?J >e calc#lan l!' n+mer!' de Ce$n!ld' =mDh/I re#erid!' para

deerminar la' caracer'ica' adimen'i!nale' de ran'erencia de cal!r $ de

riccin de la' '#percie' del radiad!r& >eg#idamene 'e calc#lan l!' ac!re'

! *# $ & Para el rerigerane" el n+mer! de Ce$n!ld' e' dad! p!r 6

=(4 rhw /Awt) (mw /9 ) " d!nde r%: e' el radi! %idr#lic!" m: e' el #! m'ic!

de ag#a $ @: e' el rea de #! del rerigerane&

DJ @ parir de *# ! 'e calc#lan l!' c!eciene' de pelc#la para amba'

c!rriene' de #id!'

J= ha

7a &a 2p ,aPr

2/ +

RESULTADOS

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Area 0etra*sf=Ntt DTubos LTubos

Ntt= At

DTubos LTubos 8ttN 2?.D2

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ANALISIS DE RESULTADOS

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REFERENCIAS HIHLIORAFICAS

[$] FR8K 8CR&ER, %V% %E. Funda!entos de ranseren$ia de Calor.Cuarta edi$i-n. Editorial &earson.

[2] CHEMC3 E8G8EER8G %ESG8. &rin$iles, &ra$ti$e and E$ono!i$s o &lantand &ro$ess %esign. Gavir oler, Reay Sinnott. E3SERVER. Se$ond edition.

[.] LU8US CE8GE3. ranseren$ia de Calor y Masa. er$era edi$i-n. Editorial M$GraHill.

[1] Condensador de $ar$a6a y tu)os. %i!ensiones y !ateriales. %isoni)le en/ 'tt/BB.dire$tindustry.esBrodBstandard05$'angeB$ondensadores0$ora6a0tu)os02+

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