7/23/2019 GIM IT Caso de Estudio 7 (Anlisis Transferencia Calor Placa Plana Compuesta) Vsoluciones

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Grado en Ingeniera Mecnica

Ingeniera Trmica

Caso de estudio n 7

Anli sis de la t ransferencia de calor por una placa plana compuesta

Enunciado

Se quiere estudiar la transferencia de calor, el circuito trmico y la distribucin detemperaturas de una placa plana de 350 x 800 mm2 que se utiliza para calentar un

fluido. La placa tiene las siguientes caractersticas:

-Opera en posicin horizontal

-

Est compuesta por tres capas, cada una de un material diferente

-El material de la cara inferior es un aislante

-En la capa intermedia se utiliza un material que tiene una conductividad trmica de75 W/mK, con un espesor entre 30 y 45 mm; debido al paso de una corriente

elctrica por un conjunto de resistencias integradas en esta capa, la misma presenta

una tasa de generacin de calor mxima de 120 kW/m3-La capa superior de aluminio puede ser de 15 o de 20 mm de espesor

-La corriente de fluido (aire o agua) se pone en contacto con la capa superior de

aluminio, circulando en la direccin del lado mayor de la placa; la temperatura de la

corriente oscilar entre 10 y 20 C

-La velocidad de la corriente no ser inferior a 0,6 m/s para el agua y a 12 m/s para el

aire; se considerar tanto el posibilidad de utilizar borde de ataque afilado como

elementos generadores de rgimen turbulento

-Se estima que la resistencia de contacto entre la segunda capa y el aluminio tendr

un valor en torno a 10-5m2K/W, siendo despreciable la resistencia de contacto con

el aislante

-

La temperatura no puede superar los 250 C en ningn punto de la placa

Soluciones:

Caso estudiado: aire a 15 C y 12 m/s; espesor de la capa con generacin de calor 45 mm y espesor

de la capa de aluminio de 20 mm

Flujo de calor al final de la capa con generacin: 5400 W/m2

(se transfiere a las siguientes capas

como valor constante)Con borde de ataque afilado la placa supera los 250 C, por lo que es un diseo que no sera vlido.

Con rgimen turbulento la temperatura mxima es de 147,6 C en la interfaz entre la capa con

generacin y el aislante; el coeficiente de conveccin est en torno a 40 W/m2K (41,3 W/m

2K para

una temperatura de pelcula de aproximadamente 80 C)

El mayor salto trmico tiene lugar bsicamente en la capa lmite trmica del aire (domina la

resistencia por conveccin); son despreciables las resistencias trmicas asociadas a la capa dealuminio y al contacto entre la capa con generacin y la capa de aluminio.