Determinación experimental de nuevas correlaciones estadísticas para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección para placa plana, cilindros y bancos de tubos

Resumen

Introducción: En este proyecto se llevó a cabo una investigación experimental con el diseño, montaje y puesta en marcha de un banco de pruebas de transferencia de calor por convección.Objetivo: Determinar nuevas correlaciones estadísticas que permitan conocer los coeficientes de transferencia de calor por convección del aire, con mayor exactitud, en aplicaciones con diferentes configuraciones geometrías calefactoras.Metodología: Se estudiaron tres configuraciones geométricas, como lo son placa plana, cilindros y bancos de tubos en función de sus propiedades físicas a través de los números de Reynolds y Prandtl utilizando una interfaz de transmisión de datos mediante controladores Arduino® con los que se midió la temperatura del aire a través del ducto para obtener datos en tiempo real y relacionar el calor cedido del elemento calefactor al fluido y poder realizar el modelamiento matemático en un software estadístico especializado. El estudio se hizo para las tres geometrías mencionadas, una potencia por elemento calefactor y dos velocidades de salida de aire con 10 repeticiones.Resultados: Se obtuvieron tres correlaciones matemáticas con coeficientes de regresión mayores a 0.972, una para cada elemento calefactor, obteniéndose errores de predicción en los coeficientes convectivos de transferencia de calor de 7,50% para la placa plana, 2,85% para la placa cilíndrica y 1,57% para el banco de tubos.Conclusiones: Se observó que en geometrías constituidas por varios elementos individuales se logra un ajuste estadístico mucho más exacto para predecir el comportamiento de los coeficientes de calor por convección debido a que cada unidad alcanza una estabilidad en el perfil de temperatura de la superficie con mayor rapidez, otorgándole a la geometría en general una medición más precisa en los parámetros que rigen la transferencia de calor, como es en el caso de la geometría del banco de tubos.
Palabras clave: Correlaciones de transferencia de calor, banco de pruebas de convección, coeficientes convectivos, número de Nusselt, convección

Referencias

[1] L.G. Obregón, J.C. Pertuz y R.A. Domínguez. (2017). Análisis del desempeño de una torre de enfriamiento a escala de laboratorio para diversos materiales de empaque, temperatura de entrada de agua y relación másica de flujo agua-aire. Prospectiva. [Online]. 15(a), 42-52. Disponible: http://dx.doi.org/10.15665/rp.v15i1.820

[2] E. Gutiérrez y S.L. Tolentino. (2005, Sep.). Determinación del coeficiente de convección crítico para la modificación de un sistema de enfriamiento de ánodo. Universidad, Ciencia y Tecnología. [Online]. 9(35), 147-150. Disponible: http://www.scielo.org.ve/scielo.php?script=sci_arttext&pid=S1316-48212005000300005&lng=es&nrm=iso

[3] A. Naghash, S. Sattari y A. Rashidi. (2016, Sep.). Experimental assessment of convective heat transfer coefficient enhancement of nanofluids prepared from high surface area nanoporous graphene. International comunications in heat and mass transfer. [Online]. 78, 127-134. Available: http://dx.doi.org/10.1016/j.icheatmasstransfer.2016.09.004

[4] S. Mendoza, J.C. Romero y E. Niebles. (2011, Sep.). Análisis de falla en evaporadores de placas de aluminio de sistemas de acondicionamiento de aire automotriz. INGE CUC. [Online]. 7(1), 59-74. Disponible:http://revistascientificas.cuc.edu.co/index.php/ingecuc/article/view/277

[5] Y.A. Cengel y A.J. Ghajar, Heat and mass transfer: fundamentals and applications. New York, USA: Mcgraw Hill, 2015, pp. 25-402.

[6] E. Tamayo, Y. Retirado y E. Góngora. (2014). Coeficientes de transferencia de calor experimental para el enfriamiento de licor en intercambiadores de placas. La Habana. [Online]. 17(1), 68-77. http://dx.doi.org/10.1051/epjconf/20122501036

[7] M.G. Rasul, Heat transfer calculation: industrial heat transfer calculation. New York, USA: Mcgraw Hill, 2006, pp. 17.

[8] F.P. Incropera y D.P. DeWitt, Fundamentos de Transferencia de Calor. Ciudad de México, México: Prentice Hall Hispanoamérica, 1999, pp. 17-20.

[9] F. Gonzales, “Determinación experimental de coeficiente de convección y factor de fricción de un intercambiador de placas,” Trabajo de Grado, Dep. Ing. Termi., Univ. Carlos III, Madrid, España, 2008.

[10] L. Uribe y C.A. Gómez, “Diseño y construcción de un banco de pruebas para determinar expresiones de coeficiente de transferencia de calor por convección promedio.,” Proyecto de Grado, Dep. Ing. Y Admón., Univ. Pont. Boliv., Bucaramanga, Colombia, 2008.

[11] A. Albis, I. Caicedo y P. Peña. (2009, Nov.). Determinación del Coeficiente de Transferencia de Calor a Través de una Aplicación de Computadoras. La Serena. [Online]. 21(5), 13-20. http://dx.doi.org/10.4067/S0718-07642010000500003

[12] J. Gonzales, “Determinación experimental de coeficientes de transferencia de calor para convección libre y forzada,” Tesis de Maestría, Dep. Ing. Mecá. Y Electr., Univ. Autono. N. León., San Nicolás de Garza, N.L. México, 1998.

[13] Ingeniería, Soluciones y Tecnología. (2017). RTD P100. [Online]. Disponible: http://www.teii.com.mx/RTDPT100.html

[14] Pixsys Electronics. (2016). Convertidor RTD y Termopares para cabezal DIN – Rfid (NFC). [Online]. Disponible:http://evirtual.lasalle.edu.co/info_basica/nuevos/guia/GuiaClaseNo.3.pdf

[15] Automatizanos Editorial. (2016). Medición de temperatura con RTD PT100, transmisor 4-20 mA y Arduino.[Online].Disponible:http://www.automatizanos.com/articles/2016/02/09/medicion-de-temperatura-con-rtd-pt100-transmisor-4-20-ma-y-arduino

Acerca de los Autores

Ismael Fernando Meza Castro, Universidad del Atlántico
Ingeniero Químico, con énfasis en sistemas de gestión ISO 9001:2015, 14001:2015 y OHSAS 18001:2007. Laboré en la empresa GRACETALES LTDA como ingeniero desarrollando análisis de muestras de aguas de proceso, grasas y aceites vegetales, además de supervision de personal del área de laboratorio.
Andrea Esther Herrera Acuña, Servicloro de la Costa
Ingenieria comercial en ventas tecnicas de tratamiento de agua
Luis Guillermo Obregón Quiñones, Universidad del Atlantico
Docente de Ingenieria Quimica de planta de la Universidad del Atlántico.
Publicado
2017-06-01
Cómo citar
Meza Castro, I., Herrera Acuña, A., & Obregón Quiñones, L. (2017). Determinación experimental de nuevas correlaciones estadísticas para el cálculo del coeficiente de transferencia de calor por convección para placa plana, cilindros y bancos de tubos. INGE CUC, 13(2), 9-17. https://doi.org/10.17981/ingecuc.13.2.2017.01