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.
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