eg042 convección natural
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Mecanismos de Transferencia de Calor: Convección
Convección natural
Ejercicio guiado
Curso de adaptación a Grado de Ingeniería Mecánica
Se utiliza una tubería horizontal de cobre, de diámetro de 16 mm, para calentar una habitación por convección natural. Por su interior circula agua muy caliente de forma que la temperatura exterior de la tubería sea de 100°C, mientras que se desea que la habitación permanezca a 20°C.
Determinar la cantidad de calor que se disipará por metro lineal de tubería.
Enunciado
Agua caliente
Ts = 100ºCTaire = 20K
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
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. Aire es un gas ideal con propiedades constantes
3. La presión del medio es de 1 atm
4. La temperatura de la superficie externa es constante
5. La transferencia de calor por radiación es despreciable.
planteamiento4. Define las hipótesis
5. Identifica las cuestiones: ¿qué es lo que se pide?
Calor que se disipará por metro lineal de tubería.
Para ello necesitaremos conocer previamente las propiedades de fluido.
K 333
CTT
T erficiefluidomedia º60
2
20100
2sup
0,7007
/sm 102,72
C; W/m·º0,0287
/s;m 1019,43
kg/m·s 102,044
C;kJ/kg·º 1,008
kg/m 1,059
25
26
5
3
Pr
;
313
333
333
333
333
333
KT
KT
KT
KT
KT
KT
k
cp
resolución6. 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
En este caso, no existe ningún flujo inducido, por lo que la convección es natural.
84,25543)/sm 1043,19(
)m 016,0)(K 20100)(K 003,0)(m/s 8,9()(226
3-12
2
3
LTTg
Gr s
1-333 K
333
11 3-103media
KT T
resolución10.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
56,17898)7007.0()/sm 1043,19(
)m 016,0)(K 20100)(K 003,0)(m/s 8,9(Pr
)(226
3-12
2
3
LTTg
Ra s
Las correlaciones para el caso de la convección natural son los siguientes:
En esta caso se tiene un cilindro horizontal, por lo que las tablas a utilizar son:
resolución12.Determinar la correlación
del número de Nusselt apropiada
Convección natural:
nGrC ·Pr)·(NuL
Como en este caso 92
34 1057,17898Pr
)(10
LTTg s
Entonces:
25,0
53,0
n
C
13,657,1789853,0 25,0 nCRaNu
resolución12.Determinar la correlación
del número de Nusselt apropiada
Cº W/m11
016,0
0287,013,6NuNu 2
L
kh
k
hL
W44,21
mmxChA
T
R
TQ
conveccion
10160º W/m111
Cº 201001
2
13.Aplicar la expresión del número de Nusselt y
obtener h
resolución
14.Aplicar la expresión de transferencia de calor
adecuada
En esta ocasión se trata de un caso de convección únicamente