Auxiliar 3

ME4302 - Transferencia de Calor

P1) Calculo coeficiente convectivo flujo interior y exterior de tubos.

Por medio de un ducto se propone enfriar un caudal de aire mediante conveccin forzada en el exterior usando un aire ms fro. El ducto tiene un dimetro de 20 cm, el flujo de aire del entra con una velocidad de 4 m/s a una temperatura de 60C y sale a 40C, mientras que el flujo exterior lo hace a 1 m/s con una temperatura de 10C, asuma para la propiedades del fluido exterior que la temperatura de pelcula es similar a la del flujo.

i) Calcule la tasa de transferencia de calor del ducto.

ii) Obtenga el largo para que tal transferencia sea posible.

P2) Diseo de un intercambiador de calor Se debe enfriar un caudal de agua caliente de 1 kg/s de 90 C a 60 C mediante un segundo fluido (agua fra), que est disponible con un caudal mayor (2 kg/s), a una temperatura de 40C. Para esta aplicacin se disear un intercambiador de calor. Se decide usar un intercambiador de tubos concntricos, y de experiencia previa se determina que los dimetros exteriores e interior del tubo central, sern de 0,0381 y 0,03048 m respectivamente. La conductividad del material del tubo es de 50 W/mK. El calor especfico del agua es de 4180 J/kgK. Se determina tambin que los coeficientes convectivos sern de 4366 y 7600 W/m2K (verificar estos resultados con correlaciones) para el fluido caliente (interior) y el fro (exterior) respectivamente (a pesar de usar agua a ambos lados de la pared los coeficientes individuales difieren debido a la diferencia de caudales). El intercambiador operar en contracorriente. Usando los balances y la ecuacin de transferencia obtenga el rea de intercambio necesaria

(rea exterior del tubo). Determine tambin la longitud del intercambiador (De ser necesario

indique el nmero necesario de tramos en serie, de 4 m de largo c/u.

P3) Transferencia de calor dinmica: Se desea saber cul es la transferencia de calor total del eje de un motor que gira a 5000 RPM, donde su superficie est a 87 [C] y el ambiente a 27 [C]. Calcule la tasa de transferencia de calor por unidad de largo de forma dinmica.

Las correlaciones para un cilindro estn dadas a continuacin:

P4) Operacin de un intercambiador de calor: uso de balances y ecuacin de transferencia. Se enfra un aceite que est inicialmente a 132C, con agua que est disponible a 16C. Se dispone de un intercambiador de calor ya construido. Si los dos fluidos se contactan en cocorriente, las temperaturas de salida son de 66C para el fluido caliente y 49C para el frio. Responda las siguientes preguntas: a) Cul de los fluidos (el caliente o el fro) tiene el mayor producto Caudal*calor especfico? Cul es la razn entre estos productos para los dos fluidos?

b) El Nmero de Unidades de Transferencia se define como =

( ) . Cunto vale ese

parmetro para este intercambiador? c) Considerando que los dos parmetros determinados en a) y b) son invariantes para el

intercambiador dado si se mantienen las condiciones de entrada, cules seran las

temperaturas de salida de los flujos si stos se dispusieran en contracorriente en el mismo

intercambiador?