Comprobación experimental de la ecuación de Dittus-boelter
Enviado por Ogui22 • 1 de Noviembre de 2018 • Informes • 848 Palabras (4 Páginas) • 158 Visitas
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Grupo V
Objetivos
Comprobación experimental de la ecuación de Dittus-boelter
Determinación del coeficiente global de transmisión de calor (U)
Fundamento teórico
La ecuación de de Dittus-Boelter es una ecuación empírica para fluidos en régimen turbulento la cual nos permite calcular en número de Nusselt
Viene dada por la siguiente forma
Nu=0,0023*Re^0,8*Pr^0,33
Donde Re es el número de Reynolds y Pr el número de Prandlt, ambos números adimensionales, así como el Nu.
Estos números adimensionales son también definidos de la siguiente manera
Nu=h*(D/k)
Re=(D*u*densidad)/viscosidad
Pr=c*(viscosidad/k)
Donde C=capacidad calorífica, K=coeficiente de conducción térmica y D=diámetro
Fundamento Experimental
Para conseguir los objetivos propuestos, representaremos la ecuación linealizada para comprobar la ecuación, ya que las propiedades del número de Prandlt van a ser casi constantes porque estas varían muy poco con la temperatura podemos linealizar la ecuación de la siguiente manera:
Nu=A*Re^b;
lnNu=b*lnRe+lnA
De esta manera podemos representar ln Un frente a lnRe y obtendremos que la ordenada en el origen será ln A que es igual a A’*Pr^0,4 y la pendiente va a quedar como b.
Ahora vamos a detallar como calcularíamos los Parámetros necesarios como son:
Re=(u*densidad*D)/viscosidad
La viscosidad la miraremos en las tablas e interpolaremos a una temperatura media en el intercambiador de calor
La densidad igual que la viscosidad la miraremos en tablas pero a la temperatura de entrada del fluido ya que es una propiedad que varía mucho con la temperatura y vamos a medir el caudal de este a la entrada del intercambiador con una placa perforada, que detallaremos más adelante.
El diámetro de la tubería lo tenemos como dato que son 0,022m
Y la velocidad la calcularemos con la siguiente fórmula utilizando la placa perforada y el manómetro colocados al inicio del intercambiador de calor.
U=Cd*((2*g*ΔHm)/(B^4)-1)^1/2
Cd= es el coeficiente de descarga de la placa, que será casi constante e igual a 0,26
g= la aceleración de la gravedad
ΔHm= el incremente de altura manométrica
B=D/d donde D=diámetro de la tubería y d = diámetro del orificio de la placa que también lo tenemos como dato y es igual a 0,011m
Posteriormente para calcular el número de Nulsent, (Nu=h*D/K) partimos de dos expresiones que podemos utilizar para averiguar el calor cedido por el aire
Y estas serán
q=flujo másico*Cp*ΔT
y q=U*A*ΔTm
Donde el flujo másico lo obtendremos de multiplicar la velocidad por el área normal, la Cp interpolando a una temperatura intermedia del intercambiador de calor y el ΔT restando la temperatura de entrada menos la de salida, para la primera ecuación y para la segunda ecuación:
U será el coeficiente de transmisión de calor; A el área del intercambiador y
ΔTm=(ΔT2-ΔT1)/ln(ΔT2/ΔT1)
Para esta ecuación ΔT2 será la diferencia de temperaturas de los fluidos que intervienen en el intercambiador en el extremo caliente y ΔT1 en el extremo frio. La temperatura del aire la mediremos con unos termómetros y la del vapor de agua saturado será la correspondiente a la presión que tengamos en nuestro caso 96ºC
Los datos obtenidos mediantes las expresiones anteriores los vamos a utilizar a continuación para poder calcular la h correspondiente al Nu. Y partimos de que
(1/U*A)=(1/hext*Aext)+(E/Km*A)+(1/hint*Aint)
Como las K de los metales son muy grandes respecto de las h puedo despreciar el segundo término y como la hext>>interior (que para ello utilizo vapor de agua) el primer término también será despreciable.
Así obtengo que U*A=h*Aint
Tomando el área de referencia el área interna tengo que U=h int
Y para calcular h y U cojo la U*A obtenidas por las expresiones anteriores y la divido por el
A int.
Diagrama de flujo
Deposito[pic 2][pic 3][pic 4]
[pic 5][pic 6]
[pic 7][pic 8][pic 9][pic 10][pic 11][pic 12][pic 13][pic 14][pic 15]
termómetro caldera[pic 16]
Termómetro[pic 17]
Intercambiador 2 intercambiador 1
Manómetro[pic 18][pic 19]
Intercambiador 3
Datos Experimentales y cálculos
Datos de la tabla
Aire T (ºC) | densidad (kg/cm^3) | K(Kcal/m*h*ºC) | Cp.(Kcal/kg*ºC) | Viscosidad*10^-5(kg/m*s) |
0 | 1,293 | 0,0208 | 0,238 | 1,709 |
50 | 1,093 | 0,024 | 0,238 | 1,951 |
Datos experimentales:
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