1. Mecanismos de Transferencia de Calor:
Convección
Convección forzada
Ejercicio guiado
Curso de adaptación a Grado de Ingeniería Mecánica

2. Enunciado
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.

3. 1.
planteamiento
Dibuja el esquema del problema
2.
Introduce las condiciones de
contorno y las propiedades de los
materiales y fluido
Taire = 285 K
Uaire = 20 m/s
Ts = 341 K
3.
1.
Dibuja el esquema del resistencias
térmicas
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

4. planteamiento
4.
Define las hipótesis
1.
Condiciones de operación estacionarias
2.
La transferencia de calor por radiación es despreciable.
Propiedades del aire; aunque no se
solicitasen, son necesarias para los
siguientes apartados
5.
Identifica las cuestiones: ¿qué es lo
que se pide?
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.

5. Propiedades del aire
6.
Calcular la temperatura media del
fluido
Tmedia
7.
Identificar la tabla correspondiente
al fluido en cuestión
El valor de las
propiedades a 313
K, estarán entre los
valores de 300 y 350
K proporcionados
en la tabla.
8.
resolución
Si la temperatura no coincide con
ninguna de la proporcionadas,
interpolamos linealmente
T fluido
Tsuperficie
2
285 341
2
313 K

6. Propiedades del aire
9.
Metodología de interpolación
Temperatura (K)
Densidad (kg/m3)
300
1,1774
resolución
Tomamos la densidad como
ejemplo.
Apuntamos los datos de la tabla
anterior que afectan al margen de
temperaturas.
313
350
0,9980
Interpolación lineal: dibujamos una
línea que una los dos puntos de la
gráfica que se muestra.
1,1774 0,998 1,1774
T 313 K
Pendiente curva tg
313 300
350 300
0,998 1,1774
1,1774
313 300 1,1307 k g/m3
T 313 K
350 300
Para la densidad:
ρ
(kg/m3)
1,1774
ρT=313 K
α
0,9980
T (K)
300 313
350
Obtenemos el punto intermedio de
la manera mostrada

7. Propiedades del aire
resolución
Haciendo lo mismo para las demás propiedades:
cp
1,0067 k J/k gºC
T 313 K
5
T 313 K
2,007 10 k g/m·s
6
T 313 K
k T 313K
T 313 K
2
7,86 10 m /s
0,0272 W/mºC
2,4 10 5 m 2 /s
Pr 0,70514

8. Coeficiente de convección promedio
resolución
10. Determinar si el flujo es natural o
forzado
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.
11. Si es FORZADO: calcular el
número de Reynolds para
determinar si es LAMINAR o
TURBULENTO
número de Reynolds
para placas planas
Re
u fluido L
11. Si es NATURAL: calcular el
número de Grashof
20 m/s 1,5 m
17 ,86 10 6
1.679.806 1,7 106
número de Reynolds crítico para placas planas Recritico = 5x105.
1,7 106
5 105
Re caso
Re crítico
En este caso, se pude concluir que el flujo es TURBULENTO

9. Coeficiente de convección promedio
resolución
12. Determinar la correlación del
número de Nusselt apropiada
Flujo turbulento y placa plana:
Nu
0,037 Re 0,8 Pr 1/ 3
0,037 1679806
0 ,8
0,705
1/ 3
3146 ,3
13. Aplicar la expresión del número de
Nusselt y obtener h
Nu
hL
k
h
Nu k
L
3146 0,0272
1,5
57 W/m 2 º C
Recordad que el valor de k es el de
la conductividad el fluido, no del
sólido

10. Calor transferido
14. Aplicar la expresión de
transferencia de calor adecuada

Q
T
Rconveccion
T
1
hA
resolución
En esta ocasión se trata de un
caso de convección únicamente
341 285 K
1
57 W/m2 º C 1,5m 1m
4.788 W

11. gracias
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