Tranferencia De Calor

Asignación (TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE) (Valor 15%)

Un tubo de 0,5 pulgadas de diámetro externo y de 5pies de longitud posee una temperatura de 130°F y se pone en contacto con vapor de agua saturado a 6 Psia.

Calcular:

Flujo de condensado si es que condensa.

Coeficiente h en posición horizontal.

Coeficiente h en posición vertical.

Si la temperatura de saturación es mayor a la temperatura de superficie, entonces ocurre la condensación del fluido para esto no vamos a las tablas termodinámicas para vapor de agua saturado (tabla A-5E) a 6Psia para obtener los siguientes datos a usar:

P: 6Psia Ts: 170 °F hfg: 995,88 Btu/lbm

Tsat.> Ts

La temperatura del vapor saturado que se colocara en contacto con la superficie del tubo está a 170°F y la temperatura de dicha superficie está a 130 °F los que nos lleva a que cuando este vapor toque dicha superficie se condensara por el cambio de temperatura que a a sufrir, más esto se demuestra matemáticamente determinando dicho flujo que se condensara.

dónde:

m: flujo másico

Q: flujo de calor

hfg: calor latente vaporización

El calor latente de vaporización viene tabla A-4E dado por:

Ts: 170 °F hfg: 995,88 Btu/lbm

Flujo de calor viene dado por:

Dónde:

h: coeficiente de transferencia de calor para el tubo vertical u horizontal

As: es el área superficial de transferencia de calor

Como se observa en la formula anterior, involucra el coeficiente de transferencia de calor para un tuvo vertical u horizontal lo que nos lleva a que como van a ser dos coeficientes distintos va a arrojar también dos flujos másicos de condensación distintos, por ende determinaremos primero dichos coeficientes para tubo vertical y para horizontal y luego determinaremos el flujo de condensado

Las formulas a usar para la determinación de estos coeficientes de transferencia de calor son:

Dónde:

ΔT= Tv-Ts

Tubo Horizontal

Tubo Vertical

Régimen Laminar:

(h L)/k =1.18 [(L^3 ρ^2 g)/μ]^(1⁄3)=

Régimen turbulento:

Re>2200

(h L)/k =0,00071((k LΔT)/Dλμ)^0.67 [(D_0^3 ρg)/μ^2 ]^(1⁄4)

Para usar estas ecuaciones todos los datos de las propiedades de condensado se obtienen de la Tabla A-91 del apéndice del Cengel a la temperatura de la película, la cual es:

Tf=tv-0.75(tv-ts)

Tf=170-0.75(170-130)= 140ºF

Datos

ρl = 61,38 lbm/ft3 cp= 1,00 btu/lbm°f μl=1.129 lbm/ft h

g= 32,174 ft/s2 = 416975040 ft/h2 kl= 0,378 Btu/hft°f λ= 1014 Btu/lbm

Para tubo Horizontal

(h D_0)/k =0,73 [((0.0416 ft)^3 (61.38 lbm/〖ft〗^3 )^2 ((4.17x〖10〗^8 ft)/h^2 )(1014 Btu/lbm))/((0.378 Btu/(hftºf))(1.129 lbm/fth)(170-130)ºF)]^(1⁄4)= 462.77

hDo/k=Nu=462.77

h= NuK/Do=(462.77*0.378 Btu/(hftºF))/(0.0416 ft)=4204.98 Btu/(h〖ft〗^2ºF)

Luego de determinar el coeficiente de transferencia de calor para el tubo en posición horizontal procedemos a calcular cual es la perdida de calor para esté sistema en particular

As = π*D*L = π*(0,5in*1ft/12in)*5ft = 0,66ft2

Con esté flujo de calor de 111011.472 Btu/h procedemos a determinar el flujo másico para este calor.

Por lo tanto, el vapor que se condensar

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