Transferencia de calor

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10.9 CONDENSACION DE PELICULA EN SISTEMAS RADIALES.



El análisis de Nusselt se puede extender a la condensación de la película laminar sobre la superficie externa de una esfera y un tubo horizontal, y el coeficiente de convección promedio se puede expresar como

hD=Cgρlρl-ρυkl3h´fgμlTsat-TsD1/4
(10.40)
Donde C= 0.826 para la esfera y o.729 para el tubo.
Para una hilera vertical deN tubos horizontales, 10.16c, el coeficiente de convección promedio (sobre los N tubos) se puede expresar como
hD,N=0.729gρlρl-ρυkl3h´fgNμlTsat-TsD1/4
(10.41)
Es decir, hD,N=hD N-1/4, donde hD es el coeficiente de transferencia de calor para el primer tubo (superior). Tal arreglo se usa a menudo en el diseño de condensadores. La reducción en h al aumentar N se puede atribuir a un aumentoen el espesor promedio de la película para cada tubo consecutivo. Las ecuaciones 10.40 y 10.41 por lo general están de acuerdo con los resultados experimentales, o ligeramente mas abajo para vapores puros. Las desviaciones se pueden atribuir a fluctuaciones en la superficie del liquido para un solo tubo horizontal. Para el banco de tubos, se supone que el condensado cae en una continua (10.16c)y se ignoran 2 efectos: transferencia de calor a la lamina de condensado entre los tubos y la ganancia de momento a medida que la lamina cae libremente bajo la gravedad. Estos efectos aumentan la transferencia de calor, y Chen explica su influencia en términos del numero de Jakob y el numero de tubos.

Para Ja < 0.1, sin embargo, la transferencia de calor aumenta por menos del 15%. Apesar de esta corrección, los resultados experimentales tienden a ser mas altos que las predicciones. Una explicación plausible para la discrepancia es que, en lugar de fluir como una lamina continua, el condensado gotea de tubo a tubo, como se ilustra en la figura 10.16d. El goteo reduce el espesor de la lamina y provoca turbulencia, lo que aumenta la transferencia de calor.

Si la razónlongitud a diámetro excede 1.8 tan ө, las ecuaciones anteriores se pueden aplicar a tubos inclinados al remplazar g con g cos ө, donde el ángulo ө se mide desde la posición horizontal. En presencia de gases no condensables, sin embargo, el coeficiente de convección será menor que las predicciones que se basan el las correlaciones anteriores.

EJEMPLO 10.4

Un condensador de vapor consiste en unarreglo cuadrado de 400 tubos, cada uno de 6 mm de diámetro. Los tubos se exponen a vapor saturado a una presionde 0.15 bar y la superficie del tubo se mantiene a 25 °C. ¿Cuál es el flujo al que se condensa vapor por unidad de longitud de los tubos?

SOLUCION

Se conoce: configuración y temperatura superficial de tubos de un condensador expuestos a vapor saturado a 0.15 bar.

Encontrar:flujo de condensación por unidad de longitud de los tubos.

Esquema:

Propiedades: Tabla A,6, vapor saturado (p = 0.15 bar): Tsat= 327 K = 54 °C, ρυ = (1/ vg) = 0.098 kg/m3, hfg = 2373 kJ/kg. Tabla A,6, agua saturada (Tf = 312.5 K): ρl= 1/vf = 992 kg/m3, μl=663×10-6 N·s/m2 , kl=0.631 W/m·K, cp , l , = 4178 J/kg·K

Analisis: El flujo de condensación promedio para un solo tubo del arreglo sepuede obtener de la ecuación 10.33, donde para una unidad de longitud del tubo,

De la ecuación 10.41,

De aquí el flujo de condensación promedio para un solo tubo es

Para el arreglo completo, el flujo de condensación por unidad de longitud es entonces

Comentarios: Como Ja < 0.1, la ecuación 10.41 proporciona una estimación confiable de coeficiente de transferencia de calor promedio.10.10 CONDENSACION DE PELICULA EN TUBOS HORIZONTALES.

Los condensadores que se utilizan en sistemas de refrigeración y acondicionamiento de aire por lo general implican condensación de vapor dentro de tubos verticales u horizontales. Las condiciones dentro del tubo son complicadas y dependen en gran medida de la velocidad del vapor que fluye a través del tubo. Si esta velocidad es...
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