Universidad del Norte, Departamento de Ingeniería Mecánica Examen final A1 Transferencia de Calor 2021-30 1.1. (valor 1.5) Convección externa: Banco de tubos Aire a 20 °C y 101.325 kPa fluye en flujo cruzado a razón de 2.5 kg/s a través de un banco de tubos instalados en un ducto de 0.405 m de alto y 1 m de ancho. El diámetro externo de cada tubo es de 15 mm, los tubos están instalados en un arreglo escalonado con paso transversal de 30 mm y paso longitudinal de 30 mm, y la temperatura externa de los tubos es de 100 °C. La temperatura del aire al pasar por el banco de tubos es de 50 °C. • • • (valor 0.5) Calcule el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección (valor 0.5) Calcule el número de filas se requieren para calentar el aire hasta 50 °C (valor 0.5) Calcule la tasa de transferencia de calor entre el aire y los tubos en kW Propiedades del aire T, °C 20 35 40 50 80 100 𝜌, kg/m3 1.204 1.145 1.127 1.092 0.9994 0.9458 𝑐𝑝 , J/kgK 1007 1007 1007 1007 1008 1009 𝑘, W/mK 0.02514 0.02625 0.02662 0.02735 0.02953 0.03095 𝛼, m2/s 2.074x10-5 2.277x10-5 2.346x10-5 2.487x10-5 2.931x10-5 3.243x10-5 𝜇, kg/ms 1.872x10-5 1.895x10-5 1.918x10-5 1.963x10-5 2.096x10-5 2.181x10-5 𝜗, m2/s 1.608x10-5 1.655x10-5 1.702x10-5 1.798x10-5 2.097x10-5 2.306x10-5 Pr 0.7282 0.7268 0.7255 0.7228 0.7154 0.7111 2.1 (valor 1.5) Convección interna: Tubería de sección circular 1 Agua líquida a 2 °C entra a una tubería de sección transversal circular de 25.4 mm de diámetro interno. Aproximadamente 6 m de tubería están térmicamente expuestos con una temperatura de pared externa de 40 °C. El flujo másico de agua es de 0.02 kg/s y se sabe que el flujo está completamente desarrollado desde el punto de vista hidrodinámico cuando entra a la sección expuesta. Propiedades del agua líquida: T, °C μ, kg/ms Pr ρ, kg/m3 cp, J/kgK k, W/mK • • • 2 0.00167 12.6 1000 4210 0.561 5 0.00152 11.2 1000 4210 0.568 10 0.00131 9.47 1000 4200 0.579 20 30 0.001 0.000797 7.01 5.42 998 996 4180 4180 0.598 0.614 (valor 0.5) Calcule la temperatura promedio de salida del agua (valor 0.5) Calcule el coeficiente promedio de transferencia de calor por convección (valor 0.5) Calcule el número de Graetz a la salida de la sección expuesta