DIRECCION GENERAL DE EDUCACION INSTITUTO TECNOLOGICO SUPERIOR TECNOLOGICA DE MORELIA

INSTITUTO TECNOLOGICO DE MORELIA DIVISION DE ESTUDIOS PROFESIONALES INGENIERIA MECANICA TRANSFERENCIA DE CALOR. TRABAJO CAPITULO 8 INCREPARA. DOCENTE: DR. FORTINO PARAMO DAMIAN ALUMNO: EDMUNDO GARCA ARITZMENDI MORELIA, MICHOACN MIERCOLES 23 DE NOVIEMBRE DEL 2011

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Correlaciones de conveccin: flujo turbulento en tubos cerrados. Una expresin clsica para calcular el nmero de Nusselt local para flujo turbulento completamente desarrollado ( hidrodinmica y trmicamente) en un tubo circular suave se debe a colburn. Ec. (8.59)

La ecuacin de Dittus- Boelter: Ec. (8.60)

Donde n= 0.4, para calentamiento (TsTm) y 0.3 para enfriamiento (TsTm), estas ecuaciones se utilizan bajo las siguientes condiciones.

Para fluidos que se caracterizan por variaciones grandes de las propiedades, se recomienda la siguiente ecuacin, debida a Sieder y Tate.

Ec. (8.61)

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Para:

Todas las propiedades excepto s se evalan en Tm.

En las ecuaciones anteriores existen algunos errores que pueden resultar de su uso. Tales errores se pueden reducir usando otras correlaciones, una correlacin que se usa ampliamente y se atribuye a Petukhov es:

Ec. 8.62 ( ) ( )( )

Donde es posible obtener el factor de friccin del diagrama de Moody o para tubos suaves de la ecuacin 8.21. La correlacin es vlida para .5Pr2000 y 10^4 ReD 5x10^6 para obtener concordancia con los datos para Reynolds pequeos, Gnielinski propone: Ec. 8.63 ( ) ( )( )

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Para tubos lisos el factor de friccin de nuevo esta dado por la ecuacin 8.21. La conveccin es vlida para .5Pr2000 y 3000ReD5x10^6. Para flujo de calor y temperatura superficiales uniformes, las propiedades se evaluaran en Tm. Para flujo turbulento en coeficiente de transferencia de calor aumenta con la rugosidad de la pared. Aunque la tendencia general es la de aumento de h al aumentar f, cuando f es aproximadamente cuatro veces ms grande que el valor correspondiente para una superficie lisa, h ya no cambia con los aumentos adicionales en f. A menudo es razonable suponer que el nmero de Nusselt promedio para todo el tubo es igual al valor asociado con la regin completamente desarrollada, NuDNuDcd. Para tubos cortos NuD exceder NuDcd y se puede calcular de la sig. E. Ec. 8.64

Donde C y m dependen de la naturaleza de la admisin, as como de los nmeros de Prandtl y de Reynolds. Errores menos de 15% NuDNuDcd para (L/D) 60. Con NuD todas la propiedades sern evaluadas en Tm prom= (Tm,i Tm,o)/2. Las correlaciones anteriores no se aplican a metales lquidos. Para flujo turbulento completamente desarrollado en tubos circulares lisos con flujo de calor superficial cte. Skupinski determina la sig. Correlacin: Ec. 8.65

q= cte.

Para temperatura superficial constante Seban y Shimazaki proponen la sig. Correlacin para :4

Ec. 8.66

Ts= cte.

Correlaciones de conveccin: tubos no circulares. Muchas aplicaciones de ingeniera implican transporte por conveccin en tubos no circulares, sin embargo los resultados de tubo circular se pueden aplicar en ellos mediante el uso de un dimetro efectivo como longitud caracterstica (Dimetro hidrulico).

Ec. 8.67

Donde Ac y P son el flujo de rea de seccin transversal y el permetro mojado respectivamente. En flujo turbulento Si es razonable usar las correlaciones de la ecuacin 8.5 para . En un tubo no circulas los coeficientes de conveccin varan alrededor de la periferia, aproximndose a cero en las esquinas, usando una correlacin de tubo circular, se supone que el coeficiente es un promedio sobre el permetro. Para flujo laminar, el uso de correlaciones de tubo circular es menos preciso, en particular con secciones transversales caracterizadas con esquinas agudas. El nmero del nmero de Nusselt que corresponde a condiciones completamente desarrolladas se puede obtener de tablas.

Anillos de tubos concntricos. Muchos problemas de flujo interno implican la transferencia de calor en un anillo de tubos concntricos. El fluido pasa a travs del espacio (anillo) formado por los tubos concntricos , y puede ocurrir la transferencia de calor por conveccin hacia o desde las superficies interna y externa, se pueden calcular de la siguiente manera:

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Ec. 8.68 y 8.69

Fig.

Los nmeros de Nusselt correspondiente son de la forma: Ec. 8.70 y 8.71

Donde el dimetro hidrulico Dh es: Ec.8.72 ( )

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Para el caso de flujo laminar completamente desarrollado con una superficie aislada y otra superficie a temperatura constante, Nui o Nuo se pueden obtener de tablas. Si existen condiciones de flujo de calor uniforme en ambas superficies:

Ec. 8.73 y 8.74

(

)

(

)

Los coeficientes de influencia (Nuii, Nuoo, ecuaciones anteriores se obtienen de tablas.

) que aparecen en las

Para flujo turbulento completamente desarrollado, los coeficientes de influencia son una funcin del nmero de Reynolds y de Prandtl. Para una primera aproximacin los coeficientes de conveccin interna y externa se pueden suponer iguales y se pueden evaluar mediante el uso del dimetro hidrulico, con la ecuacin de Dittus-Boelter.

Aumento de la transferencia de calor. Se dispone de varias opciones para mejorar la transferencia de calor asociada con flujos internos. La mejora se puede lograr aumentando el coeficiente de conveccin y/o el rea superficial de conveccin. Sabemos que h aumenta al aumentar la rugosidad. Ejemplo insercin de un alambre de resorte en espiral. El rea de la transferencia de calor puede aumentarse al unir aletas longitudinales a la superficie interna.

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Al evaluar cualquier esquema de aumento de transferencia de calor, tambin se puede dar atencin al aumento acompaante en la cada de presin y por lo tanto a los requerimientos de potencia de bombeo o de ventilacin. Al enrollar un tubo tambin se aumentara la transferencia de calor sin introducir turbulencia o rea superficial de transferencia de calor adicional. En este caso las fuerzas centrifugas introducen el flujo secundario que consiste en un par de vrtices longitudinales que aumentan el coeficiente de conveccin.

Transferencia de masa por conveccin. Un gas puede fluir por un tubo cuya superficie esta mojada o se sublima. La evaporacin o sublimacin ocurrir entonces y se producir una capa lmite de concentracin. La concentracin media de especies desempea una referencia apropiada en la transferencia de masa. Para un flujo incompresible en tubo circular: Ec. 8.75 Para flujos laminares desarrolladas cundo:8

y

turbulentos,

existen

condiciones completamente

Ec. 8.76

El flujo de masa de especie A se calcula mediante: Ec. 8.77

-

Donde el hm se puede obtener con el nmero de Sherwood SdD: Ec. 8.78

Recordamos de la analoga de transferencia de calor y de masa se obtienen resultados remplazando NuD con ShD y Pr con Sc.

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