Tubo Aletado

TRANSFERENCIA DE CALOR

INTERCAMBIADORES DE CALOR

TUBOS ALETADOS INDIVIDUALES

OBJETIVO: ¨DETERMINAR EL COEFICIENTE UNIVERSAL DE CALOR (U) ¨

DATOS GEOMETRICOS:

r0=0.026m

r1=0.0125m

ri=0.0105m

t=0.0003m(espesor aleta)

e=0.0024m(espacio entre aletas)

DATOS TECNICOS:

Material: Aluminio

Fluido por el Interior del tubo: Vapor de agua 30 psig.

Fluido por el exterior del tubo: Aire 20º C

Densidad de aletas: 12 ale/plg.

LENIN CARDOSO (54-35) 1


EXPOSICION:

Para el cálculo del coeficiente universal de calor la ecuación es:

U 0=1

A0∗∑ RT

U i=1

Ai∗∑ RT

Considerándose A0 el área en el exterior y Ai el área en el interior del tubo.

AREAS:

A0=A f+2π r1 e A f=2 π (r02−r12 )+2π r0 t Ai=2π ri l

RESISTENCIAS:

Tenemos que calcular los h∞ en el interior y exterior del tubo.



EXPOSICION Y CALCULOS:

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL EXTERIOR (h∞1)

Nu=h∞1∗Dh

k

j=Nu∗Pr

−13

Re

j=0.0134∗Re−0.319∗( Sl )

0.2

∗( Sδ )0.11

Pr=μ∗C p

kRe=

ρ∗ϑ∗d1μ

ϑ=2m /s (Para gases)

RANGOS PARA j:

1100≤ Re≤18000 0.13≤Sl≤0.63 1.01≤

Sδ≤7.62

0.09≤ld1

≤0.69 0.011≤δd1

≤0.15 11.1≤d1≤40.9mm

246≤ N f ≤788ale /m

l=d0−d12

N f=1Pf

S=P f−δ (δ =espesor)

DATOS: (Tablas ver Anexos)

ρaire=1.2kg

m3( presión atmosférica)20 °C

d1=0.025m C p=1.007KJ

kg∗° K

μ=1.81 E−5 N∗s

m2 k aluminio=239.15W

m∗° K (Interpolado)

N f=394 ale /m k aire=0.0263W

m∗° K


Para calcular Nusell debemos calcular j (factor de Colburn) el cual interviene en este tipo de intercambiador de calor.


CALCULOS:

Re=1.2

kg

m3∗2m

s∗0.025m

1.81∗10−5 kg∗m∗ss2∗m2

=3314.92

Pf=1394

=2.538∗10−3m l=0.052−0.0252

=0.0135m

S=2.538∗10−3m−0.0003m=2.238∗10−3m

j=0.0134∗3314.92−0.319∗( 0.0022380.0135 )0.2

∗( 0.0022380.0003 )0.11

=8.79∗10−3

Pr=1.846∗10−5 N∗s

m2∗1007 J

Kg∗° K

0.0263W

m∗° K

=0.707 (Verificar con Tablas)

Nu=j∗Re

P r

−13

=0.00879∗3314.92

(0.707 )−13

=25.95

h∞1=k∗Nu

Dh

=25.26∗0.0263 W

m∗° K0.025m

h∞1=27.3W

m2∗° K



COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL INTERIOR (h∞i)

En el interior del tubo existe condensación por ello utilizaremos la formula siguiente:

h∞i=0.555∗[ ρf (ρ f− ρg )∗g∗hfg´ ∗k 3

di∗μf∗(T g−T p ) ]14

h fg´ =hfg+

38C p (T g−T p ) h fg=hg−h f (Tablasde vapor )

DATOS: (Tablas ver Anexos)

T g=121.1 ° C (Temperatura de Saturación. Tablas de Vapor 30 psig.)

T p=116.1° C (Temperatura Asumida. Tg - 5 grados como máximo)

ρ f=1

V f (T .vapor ) (Densidad del líquido tabla o carta)

V f=0.01701pies3

lb

ρg=1

V g(T .vapor ) (Densidad del vapor tabla o carta)

V g=13.744pies3

lb

C p=4.179KJ

Kg∗℃ (Calor especifico del líquido tabla)

μf=9.32∗10−4 Kg

m∗s (Viscosidad líquido tabla. Interpolado)

g=9.81m/ s (Gravedad)

k=0.608 Wm∗℃ (Conductividad térmica liquido. Interpolado)

h fg=945.4BTUlb

=2198 KJKg

(Tabla de vapor 30 psig.)



CALCULOS:

ρ f=

lb

0.01701 pies3∗Kg

2.205 lb∗(3.28 )3 pies3

m3 =940.82 Kgm3

ρg=

lb

13.82 pies3∗Kg

2.205 lb∗(3.28 )3 pies3

m3 =1.16 Kgm3

ρ f−ρg=939.66Kg

m3

h fg´ =2198 KJ

Kg+ 384.179

KJKg∗℃

(4℃ )=2204268.5 JKg

¿0.555∗¿¿

h∞i=8494.73W

m2∗℃



CALCULO DE ηT A0:

Para el cálculo de la eficiencia total de la aleta intervienen la siguiente ecuación:

ηT A0=η f A f+A0−A f

ηf vamos a calcularla con la tabla 2.20.

L=0.00135 Lc=L+ t2=0.01365m

Am=Lc∗t=0.01365∗0.0003=4.095∗10−6m2

r2c=Lc+r1=0.01365+0.0125=0.02615m

r2cr1

=0.026150.0125

=2.092 (Osea la curva 2)



Lc

32∗( h∞1

kaluminio∗Am)12=0.01365

32∗( 27.3239.15∗4.095∗10−6 )

12=0.266

La intersección nos da: ηf=0.92 Entonces:

A f=2 π (0.0262−0.01252 )+2π∗0.026∗0.0003=3.315∗10−3m2

A0=3.315∗10−3+2π∗0.0125∗0.0024=3.49∗10−3m2

Ai=2π∗0.0105∗0.0027=1.78∗10−4m2

ηT A0=0.92 (3.315∗10−3 )+3.49∗10−3−3.315∗10−3=3.2248∗10−3m2

CALCULO DE LAS RESISTENCIAS:

R1=1

h∞i∗Ai

= 1

8494.73W

m2∗℃∗1.78∗10−4m2

=0.6615℃W

R2=ln

r1ri

2π∗k alum∗l=

ln0.01250.0105

2π∗239.15 Wm∗℃

∗0.0027m=0.04298℃

W

R3=1

h∞1∗ηT A0= 1

27.3W

m2∗℃∗3.2248∗10−3m2

=11.36℃W

∑ RT=12.07℃W



CALCULO DE COEFICIENTES U :

U 0=1

A0∗∑ RT

= 1

3.49∗10−3m2∗12.07℃W

=23.74 W

m2∗℃

U i=1

Ai∗∑ RT

= 1

1.78∗10−4m2∗12.07℃W

=465.45 W

m2∗℃

U 0=23.74W

m2∗℃

U i=465.45W

m2∗℃

Se comprueba la siguiente ecuación:

U i∗A i=U 0∗¿A0¿

465.45∗1.78∗10−4=23.74∗3.49∗10−3

0.08285=0.08285

CONCLUSIONES:



Se comprueba la ecuación UiAi=U0A0 que da fé de los cálculos previos.Se pudo obtener los coeficientes de transferencia de calor tanto en el interior como en el exterior del tubo aletado por los criterios más adecuados.


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