Laboratorio 6 transferencia de calor

4. Sobre la superficie superior plana de una pieza de carne congelada se hace pasar aire frío a -28.9 °C y 1 atm, a 0.61 m/s. Los lados y el fondo de este trozo de carne rectangular están aislados y la superficie expuesta mide 254 por 254 mm. Si la superficie de la carne está a -6.7 °C, prediga el coeficiente promedio de transferencia de calor hacia la superficie.

Recopilamos nuestros datos:

T_aire= -28.9 °C

T_carne= -6.7 °C

P=1 atm.

v=0.61 m/s

L=0.254 m

Debemos hallar T_f usando las temperaturas del aire y la superficie de la carne:

T_f=(T_aire-T_carne)/2

T_f=(-28.9-(-6.7))/2

T_f= -17.8 °C

De acuerdo a esta temperatura, según las tablas, obtenemos:

ρ=1.379 Kg/m^3

k=0.0225 W/(m.K)

N_Pr=0.720

μ=1.62 x 10^(-5) kg/m.s

Ahora debemos calcular el N_(Re,L )para el flujo de aire:

N_(Re,L)= Lvρ/μ=((0.254)(0.61)(1.379))/(1.62 x 10^(-5) )

N_(Re,L)=1.319 x 10^4

Es decir que nuestro flujo es laminar. Por lo tanto, usaremos la ecuación:

hL/k=0.664 N_Re^0.5 N_Pr^(1/3)

h=k/L 0.664 N_Re^0.5 N_Pr^(1/3)

h= 0.0225/0.254 (0.664)(1.319 x 10^4 )^0.5 (0.720)^(1/3)

h=6.055 W/(m^2.K)

Así, el coeficiente de transferencia de calor es de 6055 W/m2.K

5. Un intercambiador 1-2 de paso por la coraza y dos pasos por los tubos va a calentar un fluido de 37.8 °C a 121.1 °C mediante un fluido caliente que entra a 315.6 °C y sale a 148.9 °C. Calcule el valor de ΔT1m y la media de la diferencia de temperaturas ΔTm en K.

Nuestros datos son las temperaturas que debemos convertir a grados Kelvin:

T_ci=37.8 °C=310.95 K

T_co=121.1 °C=394.25 K

T_hi=315.6 °C=588.75 K

T_ho=148.9 °C=422.05 K

Ahora procedemos a hallar la 〖∆T〗_lm mediante la ecuación:

∆T_lm=((T_hi-T_co )-(T_ho-T_ci))/ln⁡[(T_hi-T_co )/ (T_ho-T_ci)]

∆T_lm=((588.75-394.25)-(422.05-310.95))/ln⁡[((588.75-394.25))/((422.05-310.95))]

〖∆T〗_lm=148.93 K

La diferencia de temperaturas media logarítmica es 148.93 K.

Luego para hallar ΔT_m necesitamos calcular el factor de corrección de temperatura para un intercambiador de calor F_T, lo cual se usan dos relaciones adimensionales:

Z=(T_hi-T_ho)/(T_co-T_ci ) ; Y=(T_co-T_ci)/(T_hi-T_ci )

Z=(588.75-422.05)/(394.25-310.95)=2

Y=(394.25-310.95)/(588.75-310.95)=0.3

Además de la gráfica que las relaciona para un intercambiador de calor 1-2:

Gráfica 01: F_T para intercambiadores 1-2

Entonces según los valores de Z e Y en la gráfica nuestro F_T =0.88.

Luego ∆T_m=F_T x ∆T_lm

∆T_m=0.88 x 148.93 K

∆T_m=131.06 K

Entonces la diferencia media de temperaturas es de 131.06 K.

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