Se muestra un ejemplo resuelto paso a paso del cálculo de coeficiente convectivo de transferencia de calor para un flujo de vapor que se condensa en la parte exterior de los tubos de un condensador.

1. TRANSFERENCIA DE
CALOR II
CONDENSADORES
9 de noviembre de 2022

2. ENUNCIADO

3. EJEMPLO 4
Se condensa vapor a 100°C sobre un conjunto de 320 tubos con un ancho de ducto de 0,56
m. Los tubos están en arreglo cuadrado con un paso de 35 mm. El conjunto está hecho de 20
filas de tubos con un diámetro exterior de 3 cm y son 16 tubos por fila. La longitud de cada fila
es 4 m. La temperatura en la pared de los tubos es 93°C. El flujo másico del vapor es 14 kg/s.
Para la sexta fila de los tubos, encuentre el coeficiente h.
GRÁFICA:

4. SOLUCIÓN

5. PROPIEDADES DEL VAPOR Y DEL CONDENSADO
Densidad del agua (líquida): 957,9 kg/m3; densidad del vapor: 0,598 kg/m3; kl:
0,681 W/mK; viscosidad del líquido: 0,000279 Pa*s; viscosidad del vapor:
0,000012 Pa*s; entalpía de condensación: 2257 kJ/kg; CpL: 4219 kJ/kgK; PrL:
1,73
SOLUCIÓN:
Calcular la velocidad local del vapor:
𝑢𝑔 =
𝑚𝑔
𝐴𝜌𝑔
=
𝑚𝑔
𝜌𝑔𝑤𝐿𝑁𝑡
=
14 𝑘𝑔/𝑠
0,598
𝑘𝑔
𝑚3∗0,0148 𝑚∗16∗4 𝑚
= 24,7 𝑚/𝑠
Donde el ancho medio del canal se calcula así:
𝑤 =
(0,035 ∗ 0,035) − (𝜋 ∗
0,032
4
)
0,035
= 0,0148 𝑚
Ahora se calcula el coeficiente en el 1 tubo y luego se extrapola a la sexta fila, o columna de
tubos:

6. CÁLCULO DEL h PARA UN TUBO CON SEPARACIÓN DE FASE
𝑁𝑢𝑚
𝑅𝑒1/2
= 0,416(1 + (1 + 9,47𝐹)1/2)1/2
𝐹 =
𝑔𝑑𝜇𝑙𝑖𝑙𝑔
𝑢𝑔
2
𝑘𝑙Δ𝑇
SOLUCIÓN:
𝐹 =
9,8 ∗ 0,03 ∗ 0,000279 ∗ 2257000
24,72 ∗ 0,681 ∗ 7
= 𝟎, 𝟎𝟔𝟒
𝑅𝑒 =
𝜌𝑙𝑢𝑔𝑑
𝜇𝑙
=
957,9 ∗ 24,7 ∗ 0,03
0,000279
= 2544100
𝑁𝑢𝑚 = 25441001/2
∗ 0,416(1 + (1 + 9,47 ∗ 0,064)
1
2)
1
2 = 999,1

7. ℎ𝑚0,03
0,0681
= 999,1
ℎ𝑚 = ℎ1 = 2267,99
𝑊
𝑚2𝐾
Ahora si, para la fila, columna, 6:
Teoría de Nusselt
ℎ𝑁
ℎ1
= 𝑁3/4
− 𝑁 − 1
3
4 = 2268 ∗ 6
3
4 − 5
3
4 = 1111,2
𝑊
𝑚2𝐾
Correlación de Kern
ℎ𝑁
ℎ1
= 𝑁5/6 − 𝑁 − 1
5
6 = 2268 ∗ 6
5
6 − 5
5
6 = 1422,93
𝑊
𝑚2𝐾
Correlación de Eissenberg
ℎ𝑁
ℎ1
= 0,60 + 0,42𝑁−1/4 = 2268 ∗ 0,6 + 0,42 ∗ 6−
1
4 = 1969,4
𝑊
𝑚2𝐾

8. 𝑈𝑆𝐴𝑁𝐷𝑂 𝐸𝐿 𝑀É𝑇𝑂𝐷𝑂 𝐷𝐸 𝐵𝑈𝑇𝑇𝐸𝑅𝑊𝑂𝑅𝑇𝐻
ℎ𝑚,𝑁 = ℎ1𝐶𝑁𝐶𝑢𝑔
ℎ𝑁 = [
1
2
ℎ𝑠ℎ
2
+ [
1
4
ℎ𝑠ℎ
4
+ ℎ1
4
]
1
2]
1
2∗ [𝑁
5
6− 𝑁 − 1
5
6]
ℎ𝑠ℎ = 0,59
𝑘𝑙
𝑑
𝑅𝑒
ℎ𝑚𝑑
𝑘𝑙
= 0,728
𝜌𝑙 𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 𝑔𝑖𝑙𝑔𝑑3
𝜇𝑙(𝑇𝑠𝑎𝑡 − 𝑇𝑠)𝑘𝑙
1/4
Con ℎ𝑚 = ℎ1

9. 𝑅𝑒𝑒𝑚𝑝𝑙𝑎𝑧𝑎𝑛𝑑𝑜 𝑑𝑎𝑡𝑜𝑠:
ℎ𝑠ℎ = 0,59
𝑘𝑙
𝑑
𝑅𝑒
ℎ𝑚𝑑
𝑘𝑙
= 0,728
𝜌𝑙 𝜌𝑙 − 𝜌𝑔 𝑔𝑖𝑙𝑔𝑑3
𝜇𝑙(𝑇𝑠𝑎𝑡 − 𝑇𝑠)𝑘𝑙
1/4
ℎ𝑁 = [
1
2
ℎ𝑠ℎ
2
+ [
1
4
ℎ𝑠ℎ
4
+ ℎ1
4
]
1
2]
1
2∗ [𝑁
5
6− 𝑁 − 1
5
6]

10. Muchas
gracias