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LJMM/2020 INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ATITALAQUIA SEMESTRE ENERO JUNIO 2020 ASIGNATURA: MECANISMOS DE TRANSFERENCIA CLASE: 18, 19 Y 21 DE MAYO TEMA: UNIDAD 3 TRANSFERENCIA DE CALOR CONVECCIÓN LIBRE Y FORZADA) CONVECCIÓN LIBRE En la convección libre para la solución de problemas se deben conocer 2 de 3 parámetros, es decir: 1) Q, A, Tf, Ts para conocer h 2) Q, Tf, Ts, h para conocer A Los rangos típicos de validez de h son: Para desarrollar la ecuación para el coeficiente convectivo es necesario utilizar los siguientes números adimensionales. 1) Nusselt 2) Prandtl 3) Grashof 4) Reynolds Desarrollo:
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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE ATITALAQUIA
SEMESTRE ENERO JUNIO 2020
ASIGNATURA: MECANISMOS DE TRANSFERENCIA
CLASE: 18, 19 Y 21 DE MAYO
TEMA: UNIDAD 3 TRANSFERENCIA DE CALOR CONVECCIÓN LIBRE Y FORZADA)
CONVECCIÓN LIBRE
En la convección libre para la solución de problemas se deben conocer 2 de 3 parámetros, es decir:
1) Q, A, Tf, Ts para conocer h 2) Q, Tf, Ts, h para conocer A
Los rangos típicos de validez de h son:
Para desarrollar la ecuación para el coeficiente convectivo es necesario utilizar los siguientes números adimensionales.
1) Nusselt 2) Prandtl 3) Grashof 4) Reynolds
Desarrollo:
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EJEMPLO (1)
Un tubo de acero horizontal con un diámetro de 16.5 cm suministra vapor a la temperatura de 120 °C. La tubería esta expuesta al aire a una temperatura = 20 °C, determine el coeficiente local de transferencia de calor en la superficie libre. Considerar que la superficie exterior del tubo tiene una temperatura igual a la del vapor.
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(EJEMPLO 2)
Un tubo de acero corrugado horizontal tiene un diámetro de 9 cm. Suministra vapor saturado a la temperatura de 99 °C, esta sumergido en agua a la temperatura de 65 °C. Determine el coeficiente de transferencia de calor por convección libre, h en W/m2°C. Considere que la superficie exterior del tubo tiene la misma temperatura que la del vapor.
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El cálculo para (Gr x Pr), se puede realizar también tratando cada uno de los números adimensionales por separado y multiplicando al final.
ECUACIONES SIMPLIFICADAS PARA EL AIRE
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Convección Forzada
Para convección forzada se utilizan los siguientes números adimensionales: Nusselt, Prandtl y Reynolds. La ecuación generalizada para h (coeficiente de transferencia) es:
Nu = c (Re)a (Pr)b
En donde los términos a, b y c son determinados experimentalmente y son diferentes de acuerdo a la configuración tal como fluidos a través de tubos, de laminas o fluidos por el exterior de los tubos o fluidos para bancos de tubos.
Flujo turbulento en el exterior de los tubos
Para determinar h para gases en flujos turbulentos utilizamos la misma ecuación para flujo laminar.
Nu = c (Re)a
Para calcular h en flujo turbulento
Para calcular h del vapor sobresaturado sin condensación
Flujo de gas por el exterior de los tubos
EJEMPLO 3
En un tubo de diámetro de 5 cm fluye una corriente de aire a temperatura de 20 °C y a presión de 1 atmósfera, a una velocidad de 5 m/s. La superficie exterior del tubo permanece a una temperatura de 60 °C por calentamiento eléctrico. Determine el valor del coeficiente local de transferencia de calor “h”.
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EJERCICIOS PARA ENTREGAR
➢ Resolver el ejemplo (2) usando las tablas 1, 2 o 3 según aplique.
➢ En un tubo de diámetro de 2 ½ pulgadas fluye una corriente de aire a temperatura de 25 °C y a presión de 1 atmósfera, a una velocidad de 2.8 m/s. La superficie exterior del tubo permanece a una temperatura de 68 °C por calentamiento eléctrico. Determine el valor del coeficiente local de transferencia de calor “h”.
FECHA DE ENTREGA: MARTES 26 DE MAYO A LAS 17:00 HORAS COMO MÁXIMO
FORMATO: PDF (LEGIBLE), DEBE INCLUIR PORTADA.
ENVIAR AL CORREO ELECTRÓNICO: [email protected]
SE PUEDE TRABAJAR DE FORMA IDIVIDUAL O EN PAREJA.
BIBLIOGRAFÍA
✓ Geankoplis, C. J., Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. CECSA. 3ª. Edición, 1998.
✓ McCabe, W. L., Smith, J. C. y Harriott, P. Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. Mc Graw Hill, 6a. Edición, 2004.
✓ Kreith, F., Manglik, R., y Bohn, M. S. Principios de Transferencia de Calor. 7ª Edición, 2012. CENGAGE Learning.
Resumen y adaptación: Leticia Judith Moreno Mendoza
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ANEXOS
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