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

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 cal...

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Authors: Meza Castro, Ismael Fernando, Herrera Acuña, Andrea Esther, Obregón Quiñones, Luis Guillermo
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Publication Date:2017
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description 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.
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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.Introduction: This project carried out an experimental research with the design, assembly, and commissioning of a convection heat transfer test bench.Objective: To determine new statistical correlations that allow knowing the heat transfer coefficients by air convection with greater accuracy in applications with different heating geometry configurations.Methodology: Three geometric configurations, such as flat plate, cylinders and tube banks were studied according to their physical properties through Reynolds and Prandtl numbers, using a data transmission interface using Arduino® controllers Measured the air temperature through the duct to obtain real-time data and to relate the heat transferred from the heating element to the fluid and to perform mathematical modeling in specialized statistical software. The study was made for the three geometries mentioned, one power per heating element and two air velocities with 10 repetitions.Results: Three mathematical correlations were obtained with regression coefficients greater than 0.972, one for each heating element, obtaining prediction errors in the heat transfer convective coefficients of 7.50% for the flat plate, 2.85% for the plate Cylindrical and 1.57% for the tube bank.Conclusions: It was observed that in geometries constituted by several individual elements, a much more accurate statistical adjustment was obtained to predict the behavior of the convection heat coefficients, since each unit reaches a stability in the surface temperature profile with Greater speed, giving the geometry in general, a more precise measurement of the parameters that govern the transfer of heat, as it is in the case of the geometry of the tube bank.Universidad de la Costa2017-06-28 00:00:002024-04-09T20:14:34Z2017-06-28 00:00:002024-04-09T20:14:34Z2017-06-28Artículo de revistahttp://purl.org/coar/resource_type/c_6501http://purl.org/coar/resource_type/c_2df8fbb1Textinfo:eu-repo/semantics/articleJournal articlehttp://purl.org/redcol/resource_type/ARTinfo:eu-repo/semantics/publishedVersionhttp://purl.org/coar/version/c_970fb48d4fbd8a85application/pdfapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.documentapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.documentapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.documentapplication/vnd.openxmlformats-officedocument.wordprocessingml.document0122-6517https://hdl.handle.net/11323/12160https://doi.org/10.17981/ingecuc.13.2.2017.0110.17981/ingecuc.13.2.2017.012382-4700https://revistascientificas.cuc.edu.co/ingecuc/article/view/1499reponame:Repositorio REDICUCinstname:Corporación Universidad de la Costainstacron:Corporación Universidad de la CostaspaInge CucL.G. 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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/277Y.A. Cengel y A.J. Ghajar, Heat and mass transfer: fundamentals and applications. New York, USA: Mcgraw Hill, 2015, pp. 25-402.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/20122501036M.G. Rasul, Heat transfer calculation: industrial heat transfer calculation. New York, USA: Mcgraw Hill, 2006, pp. 17.F.P. Incropera y D.P. DeWitt, Fundamentos de Transferencia de Calor. Ciudad de México, México: Prentice Hall Hispanoamérica, 1999, pp. 17-20.F. 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