transferencia de calor en fluidos no newtonianos
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Transferencia de calor en fluidos no newtonianos
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En la industria química, biológica y de procesamiento de alimentos, se manejan varios fluidos no newtonianos. Para diseñar equipos para estos fluidos es necesario conocer las constantes reológicas de los fluidos.
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Puesto que muchos fluidos newtonianos tienen una alta viscosidad producen flujos casi siempre laminares. Además debido a que la mayor parte de los fluidos son seudoplasticos, se pueden representar mediante la siguiente ecuación:
Donde: n= índice de comportamiento de flujo (adimensional)K= índice de consistencia
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Transferencia de calor en el interior de tubos•Flujo laminar: la transferencia de calor en
un flujo laminar, sigue principalmente un mecanismo de conducción. Cuando la velocidad de flujo y viscosidad son bajas puede existir convección natural. Puesto que la mayoría de los fluidos son bastantes viscosos los efectos de la convección se reducen notablemente.
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• Para flujo laminar de fluidos que siguen la ley exponencial, en tubos circulares puede usarse la ecuación de Metzner y Gluck cuando son altamente viscosos , una convección despreciable, en tubos horizontales o verticales con un numero de Graetz NGz >20 y n’ > 0.10.
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Donde:
Los coeficientes de viscosidad γb , a la temperatura Tb y γw a la temperatura Tw se define como:
La nomenclatura es:K en W/m*KCp en J/kgρ en Kg/m3m en kg/sL en mD en mha en W/m2*K
Las propiedades físicas y Kb, se evalúan a la Tb y Kw a Tw.
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Puesto que Kb/Kw se eleva a un potencial de 0.14, este factor puede despreciarse sin causar errores considerables. El valor de ha es el valor medio que debe usarse en la totalidad de longitud del tubo L con la diferencia aritmética de temperatura ΔTa:
Donde:Tw = temperatura promedio de las paredes de todo el tuboTbi=temperatura del volumen de entradaTbo= temperatura del volumen de salida
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El flujo de calor es:
Flujo Turbulento.Para el flujo turbulento de fluidos que obedecen la ley exponencial dentro de tubos, Clapp propone una ecuación empírica para la transferencia de calor:
Las propiedades del flujo se evaluan a la temperatura media del volumen.
ΔT ΔT
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hL= coeficiente de transferencia de calor basado en la media logarítmica.