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Capítulo 14

Transporte interfásico en sistemas no isotérmicos

, l- .,

EJEMPLO 14.3-1 Dis eiio de /In calentador tllblllll r

Por un tubo recto de 2 pulg de radio interior debe bombearse aire a 70 °F Y 1 atm a um \ cidad de 70 lb ll7 / h. Para elevar la te mperatur~ del aire a 230 °F, una sección d el tubo de~ lentarse hasta que la temperatura en el interior de la pared sea de 250 °F. ¿Qué longitud tubo es necesario calentar?

Fluj o a lo I

SOLUCIÓN

La temperatura media aritmética global es T ha = 150°F, Y la temperatura de petícula es Tr=~[ + 250) = 200°F. A esta temperatura, las propiedades del aire son fL = 0.052 lb/l/pie · h,r 0.242 Btu/lb", . F, k = 0.0180 Btu/ h . pie ' F Y Pr = é pfL / k = 0.70. Las viscosidades del 150 y 250 °F son 0.049 y 0.055 Ib n/ pie' h, respectivamente, de modo q ue l razón de vi> dad es fLb/ fLo = 0.049/0.055 = 0.89. Entonces, el número de Reynolds, evaluado a la temperatura de película, 200 "F, es Re

= Ow =

4w

SfL

rrOfL

=

4(70) rr(2 / 12)(0.052)

=1.03 x 104

(W

A partir de la figura 14.3-2 se obtiene (lL

Cuando en esta expresión se despeja L! O, se obtiene

!:.- _ O

1 (T¡,2 - Tb1 ) pr 2 / 3 (fLb)-0.14 4(0.0039) (To - Tbhn fLo 1 (230-70) (0.70)2 /3 (0.89)-014 4(0.0039) 72.8 1 160 4(0.0039) 72.8 (0.788)(1.02) = 113

(lu _

Por tanto, la longitud requerida es

0.010

L = 1130 = (113)(2 / 12) = 19 pies

Si Re b fuese mucho menor, hubiera sido necesario estimar T./ D antes de leer la figura I

iniciando así un proceso de prueba y error.

Nótese que en este problema no fue necesario calcular h. La evaluación numéricad,

necesaria, no obstante, en problemas más complicados, como el intercambio de calor

düs fluidos con una pared intermedia.

Ñ

0 .001

§14.4 COEFICIENTES DE TRANSMISIÓN DE CALOR PARA CONVECCIÓN FORZADA ALREDEDOR DE OBJETOS SUMERGIDOS

Otro tópico de importancia industrial es la transmisión de calor hacia o desd~ objeto alrededor del cual circula un fluido. El objeto puede ser relativamente cillo, como un solo cilindro o una sola esfera, o puede ser más complicado, t un "manojo de tubos" hecho de un conjunto de tubos circulares con una corri de gas o líquido fluyendo entre ellos. Aquí sólo analizaremos unas cuanta e laciones selectas para sistemas sencillos: la lámina plana, la esfera y el (ilin