Flujo cruzado

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INTERCAMBIADOR DE CALOR FLUJO LAMINAR VISCOSO

SUMARIO

Esta práctica tuvo como objetivo el estudio del perfil de velocidades del aire antes y después de atravesar un banco de tubos, así como la determinación del coeficiente de transferencia por convección asociado a un tubo de cobre. Para la primera parte se midió la presión tanto en la entrada como en la salida del banco con un TuboPitot para diferentes alturas, y con este dato se calculo la velocidad del aire. En la segunda parte se midió la variación de la temperatura de un cilindro de cobre en el tiempo, para diferentes caudales y manteniendo la posición en el banco de tubos, y después manteniendo el caudal y cambiando el tubo de posición. Al estudiar los resultados obtenidos se obtuvo que antes del banco de tubos elaire presentó un régimen laminar, mientras que para la salido el régimen del mismo era turbulento. Los valores de h calculados oscilaban entre 81y 104 kJ/m^2*s*K al cambiar el caudal y de 85 y 137 kJ/m^2*s*K al cambiar el tubo de posición. Se pudo concluir que a medida que aumenta el flujo de aire, aumenta el coeficiente de transferencia de calor convectivo.

INTRODUCCIÓN

La transferencia decalor es un fenómeno mediante el cual la energía fluye debido a un gradiente de temperatura. Se utiliza en muchas aplicaciones donde se necesita transferir calor de un fluido líquido o gaseoso más caliente a otro a menor temperatura. Para ello se utilizan intercambiadores de calor, en diferentes configuraciones y tamaños, siendo muy utilizados en todo tipo de industrias con la finalidad deoptimizar el aprovechamiento de la energía.

En esta práctica se simuló el comportamiento de un intercambiador de calor en flujo cruzado o transversal, donde los fluidos circulan en direcciones perpendiculares. Se calculó el coeficiente convectivo de transferencia de calor, perfiles de velocidad antes y después del banco de tubos, y perfiles de temperatura vs. tiempo para diferentes caudales de airey posiciones de la barra en el banco de tubos. Asimismo se obtuvo una correlación entre el número de Nusselt y el número de Reynolds.

FUNDAMENTOS TEÓRICOS

La transferencia de calor puede ocurrir de acuerdo con tres mecanismos [1]:
Conducción: Ocurre cuando existe un gradiente de temperatura dentro de un medio estacionario, sea sólido o fluido.
Convección: Es la transferencia queocurre entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.
Radiación: Es la energía que se transfiere en forma de ondas electromagnéticas entre dos cuerpos en ausencia de un medio de contacto.

Los mecanismos que operan en el caso de intercambiadores de calor son conducción y convección. Hay diferentes tipos de intercambiadores: De doble tubo o tubosconcéntricos, de flujo cruzado con o sin aletas, de tubo y carcaza donde se utilizan haces de tubos, y los intercambiadores de calor compactos para conseguir un área superficial grande. El tipo estudiado en la práctica fue de flujo cruzado, donde ambos fluidos circulan en direcciones perpendiculares. Como ejemplos de este tipo de intercambiadores tenemos los radiadores de los vehículos y losenfriadores de productos líquidos con aire en convección forzada a temperatura ambiente, entre otros.

Para simular un intercambiador de calor de flujo cruzado se deben estudiar el perfil de temperaturas de los tubos y el perfil de velocidades del aire. Ello se logra haciendo circular aire a través del banco de tubos para simular el régimen de flujo, y una barra o cilindro de metal caliente en el bancode tubos que simule el perfil de temperaturas en función del tiempo, para cada condición de caudal de aire o posición dentro del banco de tubos. Estas condiciones de operación y la configuración de los tubos (arreglo, separación longitudinal y transversal, y diámetro) definen los coeficientes de transferencia de calor por convección. En la primera línea de tubos, por ejemplo, el coeficiente...
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