Transferencia de calor

1. Convección Forzada Interna
Por:
INGENIERÍA MECÁNICA
TRANSFERENCIA DE CALOR

2. Objetivo
Selecciona las correlaciones
adecuadas en convección forzada
resolviendo ejercicios para el
análisis, diseño o selección de
equipo térmico.

3. 3
OBJETIVOS PARTICULARES
• Obtener la velocidad y temperatura promedios en
un flujo.
• Determinar las longitudes de entrada de velocidad y
temperatura en un ducto.
• Analizar el calentamiento y enfriamiento de un
fluido en un tubo por calentamiento con T=cte. en la
superficie del tubo o con flujo de calor constante.
• Determinar el número de Nusselt, el factor de
fricción y la caída de presión en un flujo laminar.
• Determinar el número de Nusselt, el factor de
fricción y la caída de presión en un flujo turbulento
con relaciones empíricas.

4. 4
INTRODUCCIÓN
Los tubos de sección circular pueden soportar grandes
diferencias de presiones entre el interior y el exterior sin
apenas distorsión. Los no circulares no.
Para un área fija, la forma circular del conducto da la mayor
transferencia de calor con la mínima caída de presión.

5. La velocidad promedio en calentamiento o enfriamiento
puede cambiar por la dependencia de la densidad con la
temperatura.
PERFIL DE VELOCIDAD EN UN TUBO
CIRCULAR

6. 6
TEMPERATURA PROMEDIO
La temperatura promedio o media Tm, es
constante en una sección, pero cambia en
dirección del fluido por calentamiento o
enfriamiento.

7. FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO EN
FLUIDOS
Flujo en tubos: en la mayoría turbulento.
Transición de laminar a turbulento, por:
 número de Reynolds,
 la aspereza de la superficie,
 vibración del tubo y,
 fluctuaciones en el flujo.
Laminar: Re < 2300,
Totalmente turbulento: Re > 10,000,
De transición: entre esos valores.

8. Tubo circular:
Para tubos no circulares, Re, Nu y el f se basan
en el diámetro hidráulico Dh
NÚMERO DE REYNOLDS EN
CONDUCTOS

9. LA REGIÓN DE ENTRADA

10. Las propiedades del fluido se evalúan a la
Temperatura media del fluido respecto a la masa:
Tb = (Tm, i + Tm, e)/2
Desarrollo de la capa límite térmica en un tubo.
CAPA LÍMITE TÉRMICA

11. COEFICIENTE DE FRICCIÓN Y DE
TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN TUBO
Longitudes de
entrada

12. Variación de Nu con T = cte o Q = cte

13. Caída de Presión

14. Superficies ásperas
Caída de Presión

15. DIAGRAMA DE MOODY

16. Potencia de Bombeo

17. Número de Nusselt
Flujo constante de calor
Temperatura superficial constante

18. ANÁLISIS TÉRMICO GENERAL
hx the local heat transfer coefficient
.
.

19. Flujo de calor constante
.

20. Hay dos formas de expresar Tavg
• Diferencia media aritmética de temperatura
• Diferencia media logarítmica de temperatura
Temperatura constante

21. Variación de la temperatura media del fluido.
Temperatura constante

22. Diferencia media logarítmica de temperatura
Temperatura constante

24. Flujo laminar en la región de
entrada

25. FLUJO TURBULENTO EN TUBOS
First Petukhov equation
Chilton–Colburn analogy
Colburn equation
Dittus–Boelter equation
When the variation in properties is large due to a large temperature difference
All properties are evaluated at Tb except s, which is evaluated at Ts.

26. Second
Petukhov
equation
Gnielinski
relation
The relations above are not very sensitive to the thermal conditions at the
tube surfaces and can be used for both Ts = constant and qs = constant.

27. Flujo de calor de transición
completamente desarrollado

28. Mejoramiento de la transferencia de
calor

29. CONCLUSIONES
• Conviene tener el flujo
completamente desarrollado.
• Para disminuir la potencia de
bombeo convienen f’s bajos.
• Para mejorar la transferencia
de calor conviene flujo
turbulento y f’s no tan bajos.