Capítulo 7. Pérdidas de calor y refrigeración
Según Watson y Janota [4] el que mayor influencia tiene de los tres sobre el calor transferido total es el primero de ellos (del gas a las paredes). Por esa razón la mayoría de los modelos de transferencia de calor en los cilindros de los MCIA se concentran en la zona gas - paredes. Así pues la transferencia de calor dependerá del gradiente de temperaturas en la capa límite en las diferentes superficies que rodean el sistema (el gas). Algunos autores incluyen en sus estudios la transmisión de calor por radiación, atribuyéndole distintos grados de importancia dependiendo del tipo de motor. La contribución de la radiación en el calor total transmitido es difícil de determinar debido a la dificultad de medir la temperatura instantánea de la llama y el flujo de calor. Las diferentes estimaciones encontradas en la literatura le atribuyen desde un 0 hasta un 45% del calor total transmitido [5 a 7]. La expresión que se emplea para calcular el calor transmitido es la siguiente:
[
]
(
4 Q& = hg ⋅ Ap ⋅ (Tg − Tp ) + Acul ⋅ (Tg − Tcul ) + Acamisa ⋅ (Tg − Tcamisa ) + εσ Tg4 − Tpared ,g
donde:
)
(7.9)
Q& = tasa de transferencia de calor (W/s) ht = coeficiente de transferencia de calor (W/m2·K·s) Ap = área del pistón (m2) Acul = área de la culata (m2) Acamisa = área de la camisa (m2) Tg = temperatura instantánea de los gases dentro del cilindro (K) Tp, cul, camisa = temperatura pistón, culata, y camisa respectivamente
ε = emisividad σ = constante de Stephan - Boltzmann (56.7 x 10-12 kW/m2K4) En el presente trabajo se ha utilizado la correlación experimental de G. Woschni [2] para calcular el coeficiente promedio de transferencia de calor. Esta expresión se basa únicamente en la convección forzada ignorando la transferencia de calor por radiación. De esta manera el segundo término de la derecha en la ecuación (7.9) desaparece quedando la siguiente ecuación:
[
]
Q& = hg ⋅ Ap ⋅ (Tg − Tp ) + Acul ⋅ (Tg − Tcul ) + Acamisa ⋅ (Tg − Tcamisa )
(7.10)
Para el cálculo del coeficiente medio de transferencia de calor (hg), Woschni utiliza la relación
entre los números de Nusselt (htl/k)y de Reynolds ( ρCl / μ ) de la siguiente manera:
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