VISTA DEL SISTEMA EN ESTUDIO.

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Determinacion de las perdidas de calor en el Tronco de pirámide (horizontal de entrada) para convección forzada interna

Para calcular las pérdidas de calor por convección forzada interna fue necesario determinar el área superficial de transferencia de calor, haciendo uso de la ecuación para la determinación del área superficial de transferencia de calor.

Al no encontrarse información en las bibliografías indagadas acerca de la ecuación de diámetro hidráulico para la figura tronco de pirámide se establecieron dos ecuaciones, todo ello en función de conseguir un valor lo más cercano a la realidad. En primer lugar, se determinó el diámetro hidráulico de la base mayor (DhB), donde se asumió que la base menor del tronco de pirámide (Dhb) se encuentra comprendida en la base mayor, por lo tanto, se hizo uso de la ecuación para el Diámetro hidráulico, la cual se aplica a estructuras con una geometría cuadrada.

En segundo lugar, se aplicó la ecuación del diámetro hidráulico promedio (Dhp), en la cual se promedian los diámetros hidráulicos de la base mayor y de la base menor del tronco de pirámide.

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Simultáneamente, se determinó la temperatura media, para posteriormente determinar la temperatura de película; una vez obtenida, se interpoló para conocer las propiedades físicas del fluido tales como: conductividad térmica, viscosidad cinemática y número de Prandtl.

Para conocer el régimen de flujo se procedió a determinar el número adimensional de Reynolds. Luego, se determinó el número de Nusselt. Seguidamente el coeficiente convectivo de transferencia de calor y finalmente Se conoció la diferencia media logarítmica de temperatura por la ecuación.

CALCULOS

• Determinación del área de transferencia de calor.

El area superficial de transferencia de calor, como se definió anteriormente, representa el área superficial de contacto con el fluido. En otras palabras, el área total con la que entra en contacto el fluido a través de su flujo y con la que intercambia calor.

• Determinación del diámetro hidráulico.

comúnmente utilizado en hidráulica cuando se manejan fluidos en canales y tubos no circulares. Utilizando éste término se puede estudiar el comportamiento del flujo de la misma forma como si fuera una tubería de sección circular. Para el caso de ductos cuadrados e define como cuatro veces el área de la sección transversal dividida por el perímetro mojado.

diámetro hidráulico de la base mayor:

diámetro hidráulico de la base menor:

Promediando los diámetros de la base mayor y menor obtenidos se tiene que:

• Determinación de la temperatura media del fluido.

Representa el promedio aritmético de las temperaturas medias en la admisión y la salida; la cual permanece constante en una sección transversal.

• Determinación de la temperatura de película.

Es el promedio aritmético de las temperaturas de la superficie y del flujo libre. De esta forma, se supone que las propiedades del fluido se mantienen constantes en esos valores a lo largo de todo el flujo.

Una vez obtenida la temperatura de pelicula se determinan las propiedades del Fluido (Aire caliente a 1 atm de presión).

Las propiedades del aire se evalúan a la temperatura de película.

• Determinación del número de Reynolds.

Las propiedades del aire se evalúan a la temperatura de película, los valores fueron extraídos de la tabla mediante interpolación.

• Determinación del Número de Nusselt.
  Expresa la relación entre la fricción del fluido y la transferencia de calor para flujo laminar sobre una placa plana.

• Determinación del coeficiente de transferencia de calor.

Al despejar de la Ecuación para el número de Nusselt el coeficiente convectivo, se tiene:

• Determinación de la diferencia media logarítmica de temperatura.

Se obtiene al seguir el rastro del perfil real de temperaturas del fluido a lo largo de la geometría en estudio y es una representación exacta de la diferencia de temperatura promedio entre el fluido y la superficie.

• Determinación de la velocidad de transferencia de calor.

La razón de la transferencia de calor por este mecanismo se calcula tomando ciertas consideraciones a la razón de transferencia de calor por convección que se obtiene a través de la ecuación de conservación de la energía.

_{Todas las ecuaciones fueron creadas por el autor @benayetfranco en PowerPoint para esta publicación.}

Nota: De manera análoga se determinaron las pérdidas de calor para los demás troncos de pirámide

RESULTADOS

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Los resultados mostrados a continuación corresponden a los resultados obtenidos por ambos casos de estudio. El primero asumiendo que el diámetro hidráulico de la base menor se encuentra "dentro" de la base mayor y el segundo, promediando los diámetros hidráulicos de las bases mayor y menor respectivamente.

REFERENCIAS

• Cengel, Yunus A. (2007). Transferencia de calor y masa. Tercera Edición México, Editorial: McGraw-Hill.
• Geankoplis, Christie (1998). Procesos de transporte y operaciones unitarias. México, Editorial: Continental S.A
• J.P. Holman (1986). Transferencia de calor. Editorial: McGraw-Hill.
• Donald Q. Kern (1965). Procesos de transferencia de calor. Editorial: McGraw-Hill.
• Perry, R. H. (1997). Manual del Ingeniero Químico. México: McGraw-Hill.