GUIA DE TRANSFERENCIA DE CALOR II. TRAYECTO III / TRIM VII.UNIDA III: CONVECCIN INTERNA FORZADAEl flujo interno se caracteriza por estar el fluido completamente confinado por las superficies interiores del tubo.

SHAPE \* MERGEFORMAT

Gasto de masa (m) o flujo laminar

Donde: = gasto de masa. = densidad.

Ac = rea de la seccin transversal. Reynolds para el flujo interno en tubo circular

Dimetro hidrulico

Re 2300 Flujo laminar.

2300 Re 10000 Flujo de transicin.

Re 10000 Flujo turbulento.

Desarrollo de la capa lmite de velocidad en un tubo

Desarrollo de la capa lmite trmica en un tubo. (E fluido dentro del tubo se est enfriando)

Longitudes de las entradas

(Para qs = constante)

Razn de transferencia de calor (Q) (W)

Temperatura media en la salida del tubo

Flujo de calor en la superficie ( )

Donde:

Ti y Te : son las temperaturas medias del fluido en la entrada y la salida del tubo.Q : Razn de transferencia de calor hacia el fluido o desde ste.

qs : Flujo de calor en la superficie

hx: Coeficiente de transferencia de calor local.

Ts : temperatura en la superficie.

Tm: temperatura media del fluido. Para Ts = constante

Razn de transferencia de calor (Q)

Temperatura media del fluido en la salida del tubo.

Diferencia media logartmica de temperatura. (Tln )

Ti = Ts Ti Te = Ts Te Prdida irreversible de presin debida a los efectos de friccin. (P)

Potencia requerida de bombeo para vencer esta prdida, para un gasto volumtrico (V)

Para el flujo laminar completamente desarrollado en un tubo circular

Factor de friccin (f)

Gasto volumtrico del flujo (V)

Nu es constante para (Para qs = constante)

Nu es constante para (Para Ts = constante)

Para flujo laminar en desarrollo en la regin de entrada, con temperatura superficial (Ts) constante

En tubo circular

Para el flujo turbulento completamente desarrollado con superficies lisas

n = 0,4 para calentamiento del fluido.

n = 0,3 para enfriamiento del fluido.

Las propiedades del fluido se evalan a la temperatura promediada entre la entrada y la salida del fluido Tb = (Ti + Te) / 2Para el flujo de metale4s lquidos en el rango de 104 Re 106

(Ts = constante)

(qs = constante)

Para el flujo turbulento completamente desarrollado con superficies speras el factor de friccin f se determina con base en el diagrama de Moody, o bien con la expresin.

Factor de friccin para el flujo de transicin y turbulento en tubos lisos y speros

Ejercicios1. Entra agua a 15C y a razn de 0,3 kg/s en un tubo delgado de cobre, de 2,5 cm de dimetro interno, que forma parte de un intercambiador de calor y se calienta por medio de vapor que se condensa en el exterior a 120C. Si El coeficiente de transferencia de calor promedio es de 800 W/m2.C.

2. Considere el flujo de aceite a 20C a una velocidad de 2 m/s en una tubera de 30 cm de dimetro. Una seccin de 200 m de largo de la tubera horizontal pasa por las aguas heladas de un lago a 0C. Las mediciones indican que la temperatura de la superficie del tubo est muy cercana a 0C. Si descarta la resistencia trmica del material del tubo, determine a) la temperatura del aceite cuando el tubo sale del lago, b) la razn de la transferencia de calor desde el aceite, y c) la potencia de bombeo requerida para vencer la prdida y mantener el flujo del aceite en el tubo.3. Esta fluyendo agua en forma estacionaria a 60F ( = 62,36 lbm/ft3 y = 7,536 x 10-4 lbm/ft.s) en un tubo horizontal de 2 in de dimetro interno, fabricado de acero inoxidable, a razn de 0,2 ft3/s. Determine la cada de presin y la potencia de bombeo requerida para mantener el flujo en el tubo de 200 ft de largo.

REFERENCIAS

Transferencia de calor. Yunus Cengel. Fundamentos de transferencia de calor. F. IncroperaProf: Ing. Liliana Rodrguez.Pgina 5