Transferencia De Calor Y Masa Incropera Pdf Download
Matty Fiedler
En esta edicin, los nuevos problemas abiertos contribuyen al estudio de la transferencia de calor y los numerosos ejercicios que incluye ofrecen una novedosa variedad par ala asignacin de tareas. El diseo a dos colores mejora en gran medida la funcionalidad del texto.
ndice: Introduccin. Introduccin a la conduccin. Conduccin unidimensional en estado estacionario. Conduccin transitoria. Introduccin a la conveccin. Flujo externo. Flujo interno. Conveccin libre. Ebullicin y condensacin. Intercambiadores de calor. Radiacin. Procesos y propiedades. Intercambio de radiacin entre superficies. Transferencia de masa por difusin.
En este trabajo realizamos un mapa conceptual en el que damos a conocer que es la transferencia de calor y los tres tipos de transferencia, asi cmo las leyes que rigen a cada uno de los tipos de transferencia, as como ejemplos en la vida real, ya que la transferencia de calor ocurre en muchas situaciones cotidianas, incluso cuando vamos por la calle y nos da el rayo de sol. Adems, analizamos las caractersticas de cada uno de los tipos de transferencia de calor y damos a conocer cmo podemos identificarlos y calcularlos, dado que no solo podemos encontrar transferencia de calor en situaciones comunes, si no que podemos aplicarla a la industria nosotros como ingenieros.
En la prctica de la ingeniera, cada vez est cobrando ms importancia contar con cierta comprensin de los mecanismos de la transferencia de calor, ya que sta desempea un papel crtico en el diseo de sistemas de energas renovables.En la asignatura TRANSFERENCIA DE CALOR se desarrolla el conocimiento fundamental de la transferencia de calor y de masa siendo sta una ciencia bsica que estudia la rapidez de transferencia de energa trmica.
Para esta asignatura, se parte de la idea de que el alumnado tiene bases adecuadas en clculo (Clculo de 1 curso y Ampliacin de Matemticas de 2 curso) y fsica (Fsica y Ampliacin de Fsica de 1 curso). Igualmente, resulta conveniente haber aprobado Termodinmica, Mecnica de Fluidos y Ecuaciones Diferenciales (todas de 2 curso), aunque los conceptos que pertenecen a estos temas son presentados y revisados segn se van necesitando.
COMPETENCIAS
Adquirir conocimientos de transmisin de calor. Principios bsicos y su aplicacin a la resolucin de problemas de ingeniera. Se trabaja la competencia transversal G012. As, se aplican las estrategias propias de la metodologa cientfica: se analiza la situacin problemtica cualitativa y cuantitativamente. Se plantean hiptesis y soluciones que se utilizarn en los modelos propios de la ingeniera de Energas Renovables
RESULTADOS DE APRENDIZAJE
- Conoce los conceptos fundamentales de la Termodinmica que constituyen las bases fsicas de los distintos modos de transferencia de calor.
-Conoce la ecuacin de la conduccin del calor y sabe encontrar su solucin analtica a problemas unidimensionales tanto en el estado estacionario como transitorio.
-Aplica la solucin numrica de la ecuacin de la conduccin del calor a problemas unidimensionales y bidimensionales.
-Conoce los mecanismos de la conveccin y sus distintos tipos.
-Aplica las ecuaciones de la conveccin a problemas simples.
-Conoce las diferentes regiones del espectro electromagntico y las propiedades radiativas de los materiales y su dependencia de la longitud de onda,direccin y temperatura.
-Calcula la transferencia de calor por radiacin entre superficies.
En este trabajo se realiz el diseo, la construccin y simulacin de un serpentn evaporador para una industria mediana panelera, ubicada en Colombia. El propsito del diseo fue mejorar la geometra del serpentn existente para disminuir tiempo de evaporacin del jugo de caa, y consecuentemente el uso de combustible en el proceso. El modelo de termo-transferencia consider correlaciones para obtener el coeficiente de transferencia de calor del jugo. Adicionalmente se incluyeron aspectos relacionados con el rea mnima de intercambio, nmero de tubos y pasos del serpentn. La simulacin permiti, a partir del campo de temperaturas, identificar la geometra ms adecuada para la construccin del mismo evitando puntos fros y de condensacin. Los resultados experimentales y de simulacin indicaron menor tiempo de evaporacin con presiones de vapor inferiores a las que opera el sistema original, lo que se ve reflejado en la disminucin del consumo de bagazo durante la generacin de vapor.
This paper describes the design, construction and numerical simulation of a coil for the evaporation process of the juice of sugar cane process in Colombia. The purpose of this design is to improve the geometry of the existing coil to decrease the evaporation time and consequently the use of fuel. The heat transfer model includes an empirical correlation for obtaining the cane juice heat convection coefficient. In addition, aspects related to the minimum exchange area, the number of tubes and the steps of the coil were included. Using the temperature field obtained from the numerical simulation, we identify the most suitable geometry for the construction of the coil. The simulation and the experimental evaluation in field results show that lower evaporation times are achieved at lower vapor pressures than the original system, which is reflected in the reduction of bagasse consumption during steam generation.
En Colombia, dentro de los cultivos permanentes, la caa de azcar ocupa el segundo lugar en extensin, el 61 % est dedicado a la produccin de panela, Segn la organizacin de las naciones unidas para la agricultura y la alimentacin, la produccin de panela es una de las agroindustrias con mayor tradicin en Amrica Latina y el Caribe, dicha produccin se realiza en pequeas explotaciones campesinas y con procesos carentes de adecuada tecnologa [1]. Colombia es el segundo productor mundial de panela, despus de la India. Segn informacin del ministerio de agricultura. Durante el perodo 1998-2002, en Colombia se produjo cerca del 14 % de la panela mundial. El rendimiento promedio de la produccin panelera colombiana es de 6,2 t/ha cosechada. La mayora de la produccin se realiza en unidades de pequea escala con alto uso de mano de obra y baja inversin en tecnologa. De acuerdo con informacin suministrada por el Instituto Nacional de Vigilancia de Medicamentos y Alimentos (INVIMA), actualmente en Colombia existen unos 18 mil trapiches paneleros de los cuales, aproximadamente el 54 % tienen una capacidad de produccin cercana a 50 kilos de panela por hora, clasificndolos como agroindustrias familiares.
Un aspecto importante a tener en cuenta en la industria panelera es la eficiencia durante el proceso de extraccin del jugo, es as como [2] propone un modelo matemtico para determinar los principales parmetros requeridos durante el proceso de extraccin de jugo de caa empleando rodillos cilndricos. El modelo tuvo en cuenta la velocidad de rotacin de los rodillos, la geometra de los mismos y las propiedades fsico-mecnicas de la caa relacionadas en el proceso. Estos mismos autores en [3] presentan resultados experimentales de un ensayo de compresin uniaxial para estimar las propiedades fsico-mecnicas de la caa de azcar (coeficientes de ensanchamiento lateral, resistencia y plasticidad). El estudio consider diferentes lugares geomtricos, biolgicos y dimetros de los tallos de caa, para tres variedades.
Considerando la baja eficiencia asociada a las albercas empleadas tanto en la clarificacin, como en la evaporacin del jugo de caa de azcar, [4] destac la importancia que tiene el proceso de evaporacin durante el procesamiento del jugo de caa en esta industria. El estudio concluy que en condiciones normales de operacin el esquema de procesamiento ms adecuado corresponde a uno de quntuple efecto. Igualmente, [5] propone un mtodo para optimizar tiempos de procesamiento en el sistema de evaporacin del jugo de caa, en un evaporador de efecto mltiple mediante una funcin de transferencia de tercer orden y un control proporcional derivativo. Para el ajuste del modelo fueron considerados datos experimentales de un sistema de evaporacin de tres efectos. Por su parte, [6] presentan resultados de procedimiento experimental para la obtencin del coeficiente convectivo de transferencia de calor y aspectos relacionados con la transferencia de masa para el proceso de ebullicin en piscina del jugo e caa durante la preparacin de jaggery en la India. Los resultados del anlisis de transferencia de calor indicaron valores para el coeficiente convectivo desde 50,65 a 345,20 W/m2 C para entrada de calor de 160 a 340 W. Igualmente en [7] presentan resultados de un extenso trabajo donde se analizan y comparan diferentes correlaciones para predecir el coeficiente de transferencia de calor de ebullicin en alberca abierta a partir del experimento de Nukiyama. Se evalu el uso de dicho coeficiente para el diseo de evaporadores, especialmente en situaciones en las que la viscosidad aumenta con la concentracin, como es el caso tratado en este manuscrito. Por ltimo, en [8] presentan resultados de su trabajo relacionado con la obtencin de parmetros de termo-transferencia relacionados con el jugo de caa tales como el nmero de Nusselt, y el Factor de Friccin en tuberas, considerando las condiciones de flujo y temperatura a los cuales se somete el fluido durante el proceso de pre fermentacin. Se examinaron las condiciones de flujo laminar y turbulento. Para ambos casos se emplearon procedimientos experimentales y correlaciones empricas.
En este manuscrito se presenta el diseo trmico de un intercambiador tipo serpentn para la evaporacin abierta de jugos de caa. Una vez realizada la simulacin numrica, la configuracin clsica tipo parrilla, mostr puntos fros dada la preferencia de flujo del vapor al interior del serpentn. Como resultado de la geometra del mismo, y de las fuerzas inerciales propias del vapor al interior de la tubera. La geometra propuesta a partir del rea de intercambio obtenida mediante el modelo de termo-transferencia mostr una distribucin homognea del calor logrando as una ebullicin uniforme. Los resultados indicaron una reduccin del tiempo durante el proceso de evaporacin, una presin de operacin inferiores a la empleada por la parrilla clsica y un mejor uso del bagazo como combustible.
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