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Determinación de la transferencia de calor en un radiador de automovil

se busca involucrar el desarrollo del area matematica en la aplicacion de la mecánica automotriz
by

david lazcano vera

on 16 October 2012

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Transcript of Determinación de la transferencia de calor en un radiador de automovil

Nicolás Lazcano Vera Determinación de la transferencia de calor
en un radiador de automovil ¿QUE ES UN RADIADOR ? Componentes de un Radiador Electroventilador Cañerías internas de cobre Transferencia calor en el radiador Elemento que refrigera el motor de un automóvil y, por tanto, es fundamental para su funcionamiento. Está formado por dos depósitos unidos por un haz de tubos muy finos por los que circula el líquido (agua) caliente del sistema de refrigeración. Estas pequeñas tuberías atraviesan en su camino una superficie expuesta a una corriente de aire, gracias a un ventilador o a la propia marcha del coche. Su función principal es el de forzar la
entrada de aire a los conductos de
circulación de agua del radiador Tubos de cobre amarillo (latón) de espesores sumamente rigurosos, revisados continuamente, tanto estos últimos como los mismos tubos en lo que se refiere a construcción y posibles escapes de agua; las partes internas de estos tubos están protegidas con antioxidantes. La emisión (o disipación) de calor de un radiador, depende de la diferencia de temperaturas entre su superficie y el ambiente que lo rodea y de la cantidad de superficie en contacto con ese ambiente. A mayor superficie de intercambio y mayor diferencia de temperatura, mayor es el intercambio. Transferencia de calor proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos Convección se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos La determinación de la transferencia de calor en función del tiempo esta dada por la ecuación: donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf es la temperatura del fluido lejos del cuerpo. La experiencia muestra que la TdC por convección depende de la
siguientes propiedades:
• Viscosidad dinámica
• Conductividad térmica k
• Calor especifico cp
• La velocidad del fluido U
Se espera que la relaciones de la TdC por convección sean un poco complejas
debido a su dependencia con tantas variables … probablemente uno de los
mecanismos más complejos de la TdC.
También, depende de la configuración geométrica y aspereza de la superficie sólida, además del tipo de flujo … laminar o turbulento Analizando las unidades h se puede definir como la razón de transferencia de calor entre una
superficie sólida y un fluido por unidad de área superficial por unidad de
diferencia de temperatura.
h depende de muchas variables y por consiguiente es difícil de determinar Numero de Nusselt coeficiente adimensional de TdC por convección
Nusselt (Nu) representa el mejoramiento de la TdC a través de una capa de fluido como
resultado de la convección en relación con la conducción a través de la misma capa …
entre mayor es el Nu más eficaz es la convección. Nu =hL/k Capa límite de la velocidad El espesor de la
capa límite por lo
común se define
como la distancia
vertical desde la
superficie hasta la
posición a partir de
la cual u=0,99U Capa límite térmica Es la región del flujo sobre la
superficie en la cual la variación
de la temperatura en la dirección
normal a la superficie es
significativa Numero de Prandtl permite describir el espesor relativo de
las capas límites de velocidad y térmica. Numero de Reynolds La transición de flujo laminar a turbulento depende de la configuración geométrica, de
la aspereza superficial, de la velocidad del fluido, del tipo de fluido y de la temperatura
de la superficie, etc. flujo en un banco de tubos de un radiador Los tubos en un banco suelen disponerse alineados o
escalonados e la dirección del flujo, la longitud
característica aquí es el diámetro D exterior del tubo. La disposición de los tubos en el banco se caracteriza por:
1. Paso transversal ST
2. Paso longitudinal SL
3. Paso diagonal SD En los bancos de tubos de los radiadores automotrices las características del flujo son
dominadas por la velocidad máxima Vmax . Entonces el Re se
basa en esta velocidad máxima que esta relacionada a la
velocidad V, por: Alineados Escalonados Los valores de las constantes C, m y n depende de Re. La razón de TdC hacia el banco de tubos o desde éste se determina a partir de: Donde (delta)TLM es la diferencia media logarítmica de Temps. definida como Conclusiones hemos podido determinar entonces el flujo de calor que libera al ambiente el refrigerante que pasa por el radiador de un automóvil, además podemos determinar el numero de Nusselt el cual no indica la proporción de transferencia de calor por conducción versus la transferencia de calor por convección, debemos tener en cuenta que mientras mayor transferencia de calor por convección tendremos una mejor rendimiento del motor pues este no sufre un sobrecalentamiento
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