Acknowledgements
Chapter 5. Literature Review Development of Remote Indigenous Media
5.5 The need for a new Evaluation Framework for Indigenous media
5.5.1 Issues with current evaluation models
Para el cálculo de los gradientes de temperatura, se utilizó una sección estable de las gráficas de diferencias de temperatura; ya establecida la sección se procede a sacarle su media para poder trabajar con ella, con la siguiente fórmula:
̅
Ya obtenida la media de las diferencias de temperatura, se calcula el gradiente de temperatura, el cual está relacionado con la longitud del intercambiador, la fórmula para el gradiente de temperatura es la siguiente:
̅
Donde G es el gradiente de temperatura, xΔT es la media de las diferencias de temperatura y L viene siendo la longitud del intercambiador. A continuación se muestra la tabla de resultados de los gradientes de temperatura para las 18 corridas de los intercambiadores:
Tipo de Intercambiador Medio (Agua)
Velocidad
(m/s) Gradiente (°C/m)
Espiral Caliente Alta 1.4526
Espiral Caliente Media 1.3542
Espiral Caliente Baja 1.1359
Espiral Frio Alta 0.7709
Espiral Frio Media 0.7009
Espiral Frio Baja 0.5388
Serpentín Caliente Alta 3.9128
Serpentín Caliente Media 3.5308
Serpentín Caliente Baja 3.0592
Serpentín Frio Alta 1.7358
Serpentín Frio Media 1.5101
Serpentín Frio Baja 1.1348
Recto Caliente Alta 7.1991
Recto Caliente Media 6.5137
Recto Caliente Baja 6.0434
Recto Frio Alta 3.2726
Recto Frio Media 3.2531
Recto Frio Baja 3.0500
72 Ya obtenido los gradientes, se procede a separar los valores por la temperatura del medio, fría o caliente. Estos se muestran en las siguientes graficas cualitativas:
1.45 3.91 7.2 1.35 3.53 6.51 1.14 3.06 6.04 0.77 1.74 3.27 0.70 1.51 3.25 0.53 1.13 3.05
Analizando las gráficas anteriores, se observa que a mayor velocidad del flujo de aire (baja, media y alta) el gradiente de temperatura aumenta, también se denota que cuanto más simple es la geometría del intercambiador el gradiente de temperatura también aumenta. A continuación se explica la relación que existe entre el gradiente de temperatura y cada intercambiador con el que se trabaja.
Gráfica 9.- Gradientes de temperatura con medio a temperatura caliente. (a) Flujo a alta velocidad, (b) media velocidad, (c) baja velocidad, (d) Intercambiador tipo espiral, (e)
tipo serpentín, (f) tipo recto. Las unidades de los datos numéricos son °C/m
Gráfica 10.- Gradientes de temperatura con medio a temperatura fría. (a) Flujo a alta velocidad, (b) media velocidad, (c) baja velocidad, (d) Intercambiador tipo espiral, (e)
tipo serpentín, (f) tipo recto. Las unidades de los datos numéricos son °C/m (a) (b) (c) (d) (e) (f) (a) (b) (c) (d) (e) (f)
73 De un inicio se esperaba que el intercambiador de tipo espiral fuera el que tuviera mayor transferencia de calor, o mejor dicho mayor gradiente de temperatura, por lo que su área de contacto para la transferencia es mucho mayor que la de los otros dos tipos de intercambiadores, pero sin embargo el intercambiador de menor longitud, el cual es el recto, es el que obtiene mayor gradiente de temperatura, ya sea que la temperatura del medio (agua) sea caliente o fría.
El intercambiador de tipo recto tiene el mayor gradiente de temperatura, ya que su geometría es las más simple de los tres. Esto ayuda al flujo de aire que sale del tanque de almacenamiento, el cual se comporta como un flujo turbulento por lo que sale con una presión elevada y por lo tanto con mayor velocidad, este intercambiador al ser un tubo recto hace que el flujo siga la misma trayectoria a lo largo del mismo, y por no tener ningún tipo de dobles o curva, permite que el aire conserve su velocidad y siga siendo turbulento.
Al ser de este tipo de flujo, la fricción con las paredes es mayor y por lo tanto su coeficiente de convección es mucho mayor que si se comportara como un flujo laminar, entonces al aumentar su coeficiente de convección, esto hace que la transferencia de calor o mejor dicho el gradiente de temperatura sea el mayor; y entre más velocidad se le aplique al flujo de aire su gradiente de temperatura es aún mayor.
En el intercambiador de tipo serpentín, su estructura o su geometría, no es tan compleja, pero si más que el de tipo recto, por lo que cuenta con una serie de dobleces, esto provoca que el flujo de aire que sale del tanque igual en un estado de turbulento, cuando se encuentra a lo largo de este intercambiador, las curvas provocan que su presión se disminuya, por lo tanto la fricción con las paredes se disminuye y se empieza a comportar como un flujo laminar.
Al comportarse de este modo, su coeficiente de convección disminuye y entonces el gradiente de temperatura disminuye, dando como resultado una menor transferencia de calor, dejándolo como el intercambiador de menor eficiencia comparado con el intercambiador de tipo recto.
Por ultimo analizando el intercambiador de tipo espiral, el cual cuenta con la geometría más complicada de los tres, que tiene un número mayor de curvas, en vez de ayudarlo en su transferencia de calor, le afecta; esto debido a que el flujo de aire que sale nuevamente del tanque sigue teniendo un comportamiento de tipo turbulento como en los dos anteriores, al pasar por estas curvas provoca que su presión se reduzca aún más que en el de tipo serpentín, por lo tanto el flujo se comporta de tipo laminar, entonces su convección es mucho menor, lo cual hace que el gradiente de temperatura sea el menor de los tres tipos de intercambiadores, entonces su transferencia de calor es mínima.
74 Se nota también, que la transferencia de calor aumenta, al aumentar la velocidad del flujo de aire, entre más elevada este, es mayor el gradiente de temperatura, esto es consistente con los tres tipos de intercambiadores
Comparación de los gradientes a temperatura caliente o fría del medio.Los gradientes de temperatura cuando el medio se encuentra caliente son mayores, que cuando el medio se encuentra a una temperatura fría. Se obtuvo un cociente de gradientes entre los obtenidos en condiciones de calentamiento entre los obtenidos para enfriamiento. Estos cocientes son manteniendo el mismo tipo de intercambiador y la velocidad del aire. Se obtiene en todos los casos una proporción (cociente) aproximada de 2 para las 18 combinaciones antes descritas.
La razón de obtener dicho cociente es que cuando el aire tiende a adquirir la temperatura del medio caliente la turbulencia del aire aumenta y con esto la transferencia de calor. Por el contrario cuando el medio por donde pasa el aire se encuentra a una temperatura fría, la temperatura del aire baja y su flujo tiende a ser laminar, disminuyendo la transferencia de calor.
75 CONCLUSIONES
76 CONCLUSIONES
Se logró diseñar y construir un sistema experimental de transferencia de calor, a partir de materiales como tubo de cobre flexible el cual fue utilizado para los intercambiadores de calor, así como el resto de conexiones en los cual intervino, tubos de PVC y poliuretano. El mecanismo de este sistema, consistía en hacer pasar un flujo de aire a través de la tubería, que se encontraba sumergida en nuestro medio de trabajo (agua) con temperaturas diferentes con el fin de que se lograra la transferencia de calor. La temperatura de entrada y salida del aire fue monitoreada con la ayuda de termistores, los cuales registraban los datos cada dos segundos, ya que si encontraban programados en nuestro adquisidor de datos.
Se realizó un total de 18 corridas (3 intercambiadores*3 velocidades*2 temperaturas), cada una alrededor de una hora, cada registro cuenta con 1800 datos de temperatura de entrada y salida, así como también datos de presión que se registraron a través de transductores.
Después del analice de los datos, se observa que mientras mayor velocidad se le imprima al flujo de aire, este se hace más turbulento y por lo tanto tiene un mayor gradiente de temperatura, lo que da una mejor transferencia de temperatura.
El intercambiador con mayor efectividad en los dos casos (enfriándose o calentándose) es el de tipo recto, ya que por tener la geometría más simple, es el que obtiene menor caída de presión a lo largo de él, por lo que el flujo se comporta de tipo turbulento, y entonces su coeficiente de convección es mayor y a la vez la transferencia de calor es mayor.
77 BIBLIOGRAFIA
78 BIBLIOGRAFIA
Cengel Yunus A., TERMODINAMICA SEXTA EDICION, Mc Graw Hill, 2008
De Paz Balmaseda J., INTERCAMBIO DE CALOR, 5° CURSO DE TERMOTECNIA, 2002-2003.
http://es.wikipedia.org/wiki/Convecci%C3%B3n
Incropera Frank P., FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR CUARTA EDICIÓN, Prentice Hall, 1999
Jaramillo O.A.; INTERCAMBIADORES DE CALOR, Centro de Investigación en Energía, Noviembre 2007
Kern Donald Q., PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR, CECSA, México 1999