Mecanismos de Transferencia de Calor:

Convección

Convección forzada

Ejercicio guiado

Curso de adaptación a Grado de Ingeniería Mecánica

Aire atmosférico a la temperatura TF=285ºK y velocidad

uF=20 m/seg, fluye sobre una placa plana horizontal de

longitud L =1,5 m, que se encuentra a una temperatura

TpF=341K.

Se pide calcular

a. Las propiedades físicas del aire

b. El coeficiente medio de transmisión de calor para

toda la placa.

c. La razón de transferencia de calor por metro de

anchura de la placa.

Enunciado

1. Dado que sólo analizamos la

convección, y se conocen las

temperaturas en la superficie y en el

fluido lejos de la superficie, únicamente

existe la resistencia de convección

Uaire = 20 m/s

Ts = 341 K

Taire = 285 K

planteamiento1. Dibuja el esquema del problema

2. Introduce las condiciones de

contorno y las propiedades de los

materiales y fluido

3. Dibuja el esquema del resistencias

térmicas

1. Condiciones de operación estacionarias

2. La transferencia de calor por radiación es despreciable.

planteamiento

4. Define las hipótesis

5. Identifica las cuestiones: ¿qué es lo

que se pide?

Propiedades del aire; aunque no se

solicitasen, son necesarias para los

siguientes apartados

El coeficiente medio de transmisión

de calor para toda la placa, es decir, el

promedio de toda la placa.

La potencia calorífica transferida por

metro de anchura de la placa, dado

que no conocemos el ancho.

K 3132

341285

2

superficiefluido

media

TTT

resoluciónPropiedades del aire

6. Calcular la temperatura media del

fluido

7. Identificar la tabla correspondiente

al fluido en cuestión

8. Si la temperatura no coincide con

ninguna de la proporcionadas,

interpolamos linealmente

El valor de las

propiedades a 313

K, estarán entre los

valores de 300 y 350

K proporcionados

en la tabla.

Para la densidad:

3kg/m 1,1307300313

300350

1774,1998,01774,1

300350

1774,1998,0

300313

1774,1tgcurva Pendiente

313

313

KT

KT

ρ

(kg/m3)

T (K)300 350

0,9980

1,1774

313

ρT=313 K

α

resolución9. Metodología de interpolación

Temperatura (K) Densidad (kg/m3)

300 1,1774

313

350 0,9980

Tomamos la densidad como

ejemplo.

Apuntamos los datos de la tabla

anterior que afectan al margen de

temperaturas.

Interpolación lineal: dibujamos una

línea que una los dos puntos de la

gráfica que se muestra.

Obtenemos el punto intermedio de

la manera mostrada

Propiedades del aire

Haciendo lo mismo para las demás propiedades:

0,70514

/sm 102,4

C W/mº0,0272

/sm 107,86

kg/m·s 102,007

CkJ/kgº 1,0067

25

26

5

Pr

313

313

313

313

313

KT

KT

KT

KT

KT

k

cp

resoluciónPropiedades del aire

Como el aire tiene una velocidad inducida por otro factor que no sea el gradiente de

temperaturas, se puede concretar que la convección es forzada.

6101,71.679.806

61086,17

m 5,1m/s 20Re

Lu fluido

En este caso, se pude concluir que el flujo es TURBULENTO

número de Reynolds crítico para placas planas Recritico = 5x105.

críticocaso ReRe5 5610101,7

resoluciónCoeficiente de convección promedio

10. Determinar si el flujo es natural o

forzado

11. Si es FORZADO: calcular el

número de Reynolds para

determinar si es LAMINAR o

TURBULENTO

11. Si es NATURAL: calcular el

número de Grashof

número de Reynolds

para placas planas

Flujo turbulento y placa plana:

Cº W/m575,1

0272,03146NuNu 2

L

kh

k

hL

3,3146705,01679806037,0PrRe037,0Nu3/18,03/18,0

resolución12. Determinar la correlación del

número de Nusselt apropiada

13. Aplicar la expresión del número de

Nusselt y obtener h

Recordad que el valor de k es el de

la conductividad el fluido, no del

sólido

Coeficiente de convección promedio

W4.788

mmChA

T

R

TQ

conveccion

15,1º W/m57

1

K 285341

12

resoluciónCalor transferido

14. Aplicar la expresión de

transferencia de calor adecuada

En esta ocasión se trata de un

caso de convección únicamente

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gracias