Laboratorio De Conveccion

RECOLECCIÓN DE DATOS Y ECUACIONES A UTILIZAR

Temperaturas (ºC)

Convección forzada Altura del rebosadero (in) Flujo másico m3/h Entrada

(T1) Pared del tubo 1

(T2) Salida

(T3) Pared del tubo 2

(T4) Flujo del vapor

m3/h

1 2 0.0989730 39 63 42 53 0.0007200

2 1 3/4 0.1029225 39 67 42 52 0.0006752

3 1 1/4 0.0760028 41 70 45 59 0.0006701

4 1 0.0712564 42 68 44 59 0.0004559

5 1/2 0.0453358 45 81 49 63 0.0005054

6 1/4 0.0199384 49 85 59 65 0.0005663

Convección Libre

1 0 0.0212758 46 90 56 68 0.0005599

2 3/8 0.0118956 53 95 63 75 0.0004734

3 3/4 0.0077642 63 107 77 82 0.0003245

4 15/16 0.0072861 68 112 78 84 0.0003112

Balances de energías:

Para que el sistema alcance el estado estacionario, debe darse la condición de que el calor cedido por el vapor (cámara) debe ser igual al calor ganado por el agua (tubo), lo cual garantiza un cálculo más real del coeficiente de transferencia de calor, es decir: Qagua= Qvapor

m_agua C_(p_agua ) (T_3-T_1)=m_vapor λ(T_V-T_S )

Donde:

T3 = Temperatura del fluido (agua) en la corriente de salida

T1 = Temperatura del fluido (agua) en la corriente de entrada

 = Calor latente del vapor a la temp promedio del vapor

Calculo de los coeficientes de transferencia de calor individuales y total:

Para el vapor:

h_0=Q_vapor/(A_0*(T_sat-T_w ) )

Donde:

T_w=(T_2+T_4)/2 ; Temperatura promedio del vapor

Tsat= 100.14 ºC; temperatura de saturación del vapor a 2” de presión de agua.

Para el agua:

h_i=Q_agua/(A_i*∆T_i )

Donde: ∆T_i : media logarítmica de la diferencias de temperaturas, definida por:

〖∆T〗_i=((T_p-T_1 )-(T_p-T_3 ))/(Ln (T_p-T_1)/(T_p-T_3 ))

y

T_p=T_w-2.3q/2πk ln⁡〖DE/DI〗

Donde:

q=Q/L; Calor por longitud.

k; conductividad térmica del material.

Coeficiente de transferencia de calor total:

U=(h_0 h_i)/(h_0+h_i )

Cálculos de los números adimencionales:

Para calcular los números adimencionales (Re, Nu, Gr, Pr), es necesario determinar las propiedades a una temperatura media, Tm:

T_m=(T_1+T_3)/2

Reynolds:

R_e=(D*V*ρ)/μ

Como el flujo másico es; m ̇=VAρ despejando para velocidad, V, y reemplazando en Re:

R_e=( m ̇D)/Aμ

Ahora el área es: A=(πD^2)/4

Entonces:

R_e=( 4m ̇)/(π*DI*μ)

Prandtl:

Pr=(C_p*μ)/K

Nusselt:

Nu=(h_i*DI)/K

Grashof:

Gr=(^2*g *"" *〖DI〗^3)/μ^2 (Tw - Tí)

Donde:

K = conductividad térmica del fluido

ρ = densidad del agua

μ = viscosidad del agua

Cp = capacidad calorífica del agua

DI = diámetro interno del tubo

β = coeficiente de expansión térmica

g = aceleración de la gravedad.

Con estas propiedades calculamos los números adimensionales.

ALCULO DE RESULTADOS Y DISCUSIÓN

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN FORZADA

Expresamos los balance de calor tanto para el lado del tubo como para la cámara:

Suponiendo que el calor sensible que pierde el vapor es despreciable, tendríamos:

98.18 kg/h*4.17888 kJ/(kg℃) (42-39)℃=0.70861 kg/h*2362.75 kJ/kg

1230.8473 kJ/h=1674.2668 kJ/h

A pesar de que se supone

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