Nstor Enrique Cerquera Pea

Ing. Agrcola, MSc

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN FORZADA

El diseo y anlisis de todo los tipos de cambiadores de calor,

requieren el conocimiento del coeficiente de transferencia de

calor entre la pared del conducto y el fluido que fluye dentro de

l.

Calderas, calentadores, economizadores

Aire acondicionado y refrigeracin

(Para tubos)

Para el rea anular:

TEMPERATURA DE REFERENCIA PARA EL FLUIDO

diferencia de temperatura promedio entre la entrada y la

salida de la masa principal

rapidez del flujo

calor especfico a presin constante

rapidez de transferencia de calor hacia el fluido

EFECTOS DE ENTRADA

Cuando el conducto es corto , los efectos de

entrada son importantes.

Si los efectos de entrada pueden ser

apreciables para una longitud de hasta 50 dimetros,

medidos desde la entrada

flujo turbulento, los efectos de entrada

desaparecen a una distancia de alrededor de 10

dimetros medidos desde la entrada

RELACIONES EMPRICAS PARA FLUJO EN TUBOS Y

DUCTOS

Flujo turbulento completamente desarrollado en tubos lisos

Diferencia de temperatura moderada

Propiedades evaluadas a , temperatura promedio del

fluido

para calentamiento

para enfriamiento

SIEDER Y TATE

Tomando en cuenta la variacin de las propiedades:

Todas las propiedades se evalan a condiciones de ,

temperatura promedio del fluido, excepto

Para la regin de flujo no completamente desarrollado,

Nusselt recomend:

Propiedades evaluadas a promedio.

PETUKHOV: formula ms aproximada

Flujo turbulento completamente desarrollado en tubos lisos

Propiedades evaluadas a

Excepto y

El factor friccin f se puede obtener del diagrama Moody

para tubos lisos o:

Rangos aplicados:

Flujo laminar completamente desarrollado HAUSEN

SIEDER Y TATE

Propiedades evaluadas a promedio, excepto

No puede usarse en tubos demasiado largos tiende a cero, es vlida para:

Las correlaciones para flujo en tuberas rugosas son ms escasas y

se recomienda utilizar analoga de Reynolds

(factor de Colburn)

El factor , coeficiente de friccin es definido por:

evaluada a promedio del fluido St =

y evaluados a

Ejemplo

FLUJO A TRAVS DE CILINDROS Y ESFERAS

Para lquidos y gases

c y n se obtienen de la siguiente tabla:

0.4-4 0.989 0.330

4-40 0.911 0.385

40-4000 0.683 0.466

4000-40000 0.193 0.618

40000-400000 0.0266 0.815

CILINDROS

FAND: flujo transversal en cilindros lquidos

Flujo libre con baja turbulencia

ECKERT DRAKE

Para gases la razn de Number Prandtl puede ser despreciada y

las propiedades del fluido son evaluadas a temperatura de pelcula.

Para lquidos la razn es retenida y las propiedades del fluido son

evaluadas a temperatura de corriente libre

CHURCHILL BERNSTEIN: (aire, lquidos y sodio lquido)

Propiedades evaluadas a

Propiedades evaluadas a

WHITAKER:

Todas las propiedades evaluada a temperatura de corriente

libre excepto

ESFERAS

Mc ADAMS: Transferencia de calor de esferas hacia un gas

fluyendo

KRAMERS: Flujo de lquidos pasando por esferas

VLIET LEPPERT: Transferencia de calor de esferasa aceite y agua

Propiedades evaluadas a temperatura de corriente

libre, excepto

WHITAKER: gases y lquidos

Propiedades evaluadas a temperatura corriente

libre

FLUJO A TRAVES DE BANCOS DE TUBOS

c y n dependen de las separaciones y del arreglo de los tubos.

Tabla 6-4

rea mnima libre de flujo por unidad de longitud de tubo es:

= distancia entre centro de tubos de hileras longitudinales

adyacentes. Perpendicular al flujo

ZUKAUSKAS:

Evaluado a excepto

Arreglos de ms de 20 tubos: c y n se obtienen de la tabla 6.6

Menos de 20 hileras se debe hacer correccin: tabla 6.7

La cada de presin para gases en un banco de tubos puede

calcularse de:

a

TUBOS EN LINEA

ARREGLO DE TUBOS ALTERNADOS

Sp

Sd

Sn

Do

= El rea menor que se presente sin importar si sta

ocurre transversal o diagonal a las aberturas.

Si es tan pequea que

Entonces:

Cuando el banco de tubo tiene menos de 10 hileras se debe

aplicar un factor de correccin a que se obtiene de la tabla

6-5. de acuerdo al arreglo de los tubos.