UNIVERSIDAD AUTÓNOMA DEL ESTADO DE MÉXICO FACULTAD DE INGENIERÍA DISEÑO DE EQUIPO TÉRMICO EJERCICIOS CÁLCULO DE COEFICIENTE CONVECTIVO EN BANCOS DE TUBOS (MATERIAL DE CLASE) 1. Determine el coeficiente convectivo por convección provocado por un flujo transversal de aire caliente a las paredes de un banco de tubos escalonados. Los tubos tienen un diámetro de 80 milímetros. Los pasos transversales y longitudinales son, respectivamente, s T = 2,5d y s L = 2d. La velocidad máxima en el banco de tubos es de 10 m/s. En la dirección del flujo de aire, el haz de tubos consta de cuatro filas de tubos de igual superficie. La temperatura del aire delante del haz es de 1000◦ C; detrás de él, 900◦ C, y la temperatura promedio de la superficie de los tubos es de 675◦ C. No tomar en consideración el posible ensuciamiento de la superficie de los tubos. a) Considere ahora que en vez de aire, se utilizan gases de combustión cuya composición volumétrica es: x H2 O = 0,11 x CO2 = 0,13 x N2 = 0,76 ¿Cómo se afecta el coeficiente convectivo? ¿Será mayor o menor que el del aire? ¿Cómo afectará la temperatura de salida de una corriente fría circulando dentro de los tubos? (Tarea) 2. Un calentador de aire consta de un haz de tubos dispuestos en un arreglo cuadrado. El diámetro de los tubos es de 50 mm; el paso transversal es de 100mm, y el paso longitudinal es de 200 mm. Las temperaturas medias del flujo de aire y de la superficie exterior de los tubos en el haz son, respectivamente 100◦ C y 200◦ C. Construya un gráfico de la dependencia entre el coeficiente convectivo y la velocidad del movimiento del aire en la sección estrecha del haz de tubos. Tome el itervalo de velocidades en los límites de 5 hasta 25 m/s. El número de filas a lo largo del movimiento de los gases es n>20. 3. Determine el coeficiente de transferencia de calor del vapor a los tubos de un condensador fabricado en forma de haz de tubos escalonados compuesto por 14 filas en la vertical. El diámetro exterior de los tubos es de 16 mm. El paso de los tubos es de s = 1,25d. La superficie de cambio de calor de todas las filas de tubos es igual en todo el haz. En la superficie de los tubos se condensa vapor de agua seco y saturado bajo presión P = 9,8 kPa que se mueve de arriba hacia abajo. La velocidad del flujo de vapor delante de la fila superior de tubos es de 35 m/s. La temperatura de la superficie de los tubos es de 35◦ C. Durante el cálculo admitir que la presión del vapor y la carga de temperatura son invariables a lo alto del haz. EDUARDO MORA
