Transferencia de calor por convección

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR Y MASA
INGENIERÍA QUÍMICA Y EN ALIMENTOS
Transferencia de calor por convección
COLOQUIO Nº5
Convección Natural
TEMA 9 – Transferencia de calor por convección V
Convección libre. Ecuaciones para la capa límite en convección libre. Soluciones
aproximadas para una placa vertical. Ecuaciones empíricas para convección libre para las
geometrías más comunes y convección libre combinada con convección forzada.
1. Para convección libre laminar desde una superficie vertical caliente, el coeficiente de
−1/ 4
convección local se puede expresar por: hx = Cx
, donde hx es el coeficiente a la
distancia x desde el borde de ataque de la superficie y la cantidad C, que depende de las
propiedades del fluído, es independiente de x. Obtenga una expresión para la relación
−
−
hx / hx , donde hx ,es el coeficiente promedio entre el borde de ataque (x=0) y el valor x.
−
Grafique la variación de hx y de hx con x.
2. Dos placas planas verticales a 65ºC se colocan en un tanque de agua a 25ºC. Si las placas
tienen 30cm de alto. ¿Cuál es el espacio mínimo que evitará la interferencia de las capas
límite de convección libre?
3. Un tanque de agua es calentado, por una delgada placa, de 0,6 x 0,7ft que está suspendida
en posición horizontal en el agua y es calentada eléctricamente. Si la placa se conserva a
185ºF y la temperatura media del agua es de 165ºF, cuál es la cantidad de calor
suministrada al sistema en BTU/h.
4. Una esfera de 8" de diámetro que contiene aire líquido (-220ºF) está cubierta con una capa
de 2" de espesor de lana de vidrio. Calcular la rapidez de transferencia de calor al aire
líquido desde el aire ambiente a 70ºF, por convección. ¿Cómo podría reducirse la
transferencia de calor?
5. Aire a presión atmosférica se halla encerrado entre dos placas horizontales, de 2ft2,
separadas 1/2". Las temperaturas de las placas superior e inferior se mantienen a 50 y
150ºF, respectivamente. Determinar el porcentaje de calor total transferido entre las placas,
que es debido a la convección natural. ¿Cuál debería ser el espaciado entre las placas para
que el calor se transfiera exclusivamente por conducción? Se desprecia la radiación.
6. Sobre una placa vertical de 1ft de altura, que se mantiene a temperatura uniforme de 130ºF
fluye aire hacia arriba a presión atmosférica y 70ºF. Determinar la velocidad mínima de flujo
del aire por debajo de la cual el efecto de la convección libre sobre el coeficiente de
transferencia de calor es mayor del 5%.
7. Un caño por el que fluye agua que entra a 70ºF, pasa a través de un gran tanque que
contiene agua de condensación a 200ºF. Por el caño de 1 1/2", ced. 40, pasan por hora
3000lb de agua. Calcular la temperatura de salida de la misma, si el recorrido a través del
tanque es de 100ft. Considerar a los fines del cálculo que los coeficientes peliculares
promedios son los que se obtienen en el punto en que la temperatura del agua es la media
aritmética de las temperaturas de entrada y salida.
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8. La pared externa de un edificio de 6m de alto recibe un flujo de calor radiante promedio del
sol de 1100W/m2. Suponiendo que se conducen 95W/m2 a través de la pared, estime su
temperatura externa. Suponga que el aire atmosférico a fuera del edificio está a 20ºC.
9. Un globo aerostático de 2,4m de diámetro se eleva a una altitud en la que la presión
ambiente es de 1,4kg/m2 y la temperatura ambiente es de 50ºC. La superficie externa de la
esfera está aproximadamente a 0ºC. Estime la pérdida de calor por convección libre a partir
del exterior de la esfera. ¿Cómo se compara esto con la pérdida de calor por convección
forzada de la misma esfera, con una velocidad de corriente libre aproximada de 30cm/s?
10. Suponiendo que una persona se puede aproximar a un cilindro vertical de 30cm de diámetro
y 1,8m de altura, estime la pérdida de calor por convección libre para una temperatura de
superficie de 25ºC en aire ambiente de 20ºC.