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QUIB4061 clase08 con anotaciones

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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
1 / 32
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
¿Qué veremos hoy?
1
Introducción
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
@
2
Análisis térmico general
3
Región de entrada
4
Correlaciones para Número de Nusselt
5
Ejemplos
Dn
Nu
Huido
Rec
-
a
Tu
2300
,
2 / 32
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
Introducción
Ductos circulares se utilizan para el transporte de fluidos, en
especial lı́quidos, debido a que una sección transversal circular
es capaz de soportar grandes diferencia de presión dentro y
fuera del tubo, sin sufrir una distorción significativa.
Ductos no circulares suelen ser utilizados en sistemas de
calefacción y enfriamiento de edificios, donde la diferencia de
presión es baja. En estos casos los costos de fabricación e
instalación son bajos.
Para un área superficial fija, el tubo circular da la mayor
transferencia de calor para la caı́da de presión más baja.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
Introducción
La velocidad del fluido en un ducto cambia de cero en la
superficie, hasta un máximo en el centro del mismo.
En el flujo de fluidos conviene trabajar con una velocidad
promedio Vprom .
La fricción entre las partı́culas de fluido en un tubo causa
un ligero aumento en la temperatura del propio fluido. Sin
embargo, suele ser demasiado pequeña.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
Introducción
Velocidad y temperatura promedios
Velocidad promedio
Velocidad promedio: se determina a partir del requisito de que se debe satisfacer el principio
de conservación de la masa.
ṁ = ⇢Vprom Ac
(1)
Temperatura promedio
Temperatura promedio: se determina a partir del requisito de que se debe satisfacer el
principio de conservación de la energı́a.
Ėf luido = ṁcp Tm
(2)
La temperatura Tm de un fluido cambia durante el calentamiento o enfriamiento.
Las propiedades del fluido suelen evaluarse a una temperatura media del fluido con respecto a
la masa:
Tm,i + Tm,e
Tb =
(3)
2
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Velocidad y temperatura promedios
Flujos laminar y turbulento en tubos
Introducción
Flujos laminar y turbulento en tubos
En la práctica, la mayor parte de los flujos son turbulentos.
El flujo laminar se encuentra cuando fluidos intensamente viscosos, como los aceites, fluyen en
tubos de diámetro pequeños o pasos angostos.
Ducto circular:
Re =
⇢Vprom D
Vprom D
=
µ
⌫
(4)
Ducto no circular: Re y N u se basan en el diámetro
hidráulico Dh :
4Ac
Dh =
(5)
p
con Ac el área transversal del ducto y p, su perı́metro.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
¿Qué veremos hoy?
1
Introducción
2
Análisis térmico general
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
3
Región de entrada
4
Correlaciones para Número de Nusselt
5
Ejemplos
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
Análisis térmico general
En ausencia de interacciones de trabajo (como el calentamiento mediante resistencia
eléctrica), la ecuación de conservación de la energı́a para el flujo estacionario de un fluido en
un tubo se puede expresar como
Q̇ = ṁcp (Te Ti )
(6)
con Ti y Te las temperaturas medias del fluido en la entrada y la salida del tubo,
respectivamente.
Las condiciones térmicas en la superficie por lo común pueden aproximarse con precisión
razonable como temperatura superficial constante o flujo de calor constante en la superficie.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
Análisis térmico general
Flujo constante de calor en la superficie
En el caso en que q̇s es constante, la velocidad de
transferencia de calor se puede expresar como
Q̇ = q̇s As = ṁcp (Te
Ti )
(7)
de donde la temperatura media del fluido en la
salida del tubo se puede determinar con:
Te = Ti +
q̇s As
ṁcp
(8)
la temperatura superficial del ducto se puede
detemrinar a partir de:
q̇ = h (Ts
Tm )
(9)
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
Análisis térmico general
Temperatura superficial constante
Mi
Con base a la ley de enfriamiento de Newton:
Q̇ = hAs (Ts
Tm )prom
(10)
Para Ts constante, Tprom se puede expresar aproximadamente por la diferencia media
aritmética de temperatura:
Tprom ⇡
Tma =
Ti
Te
2
=
/
(Ts
/
Ti ) + (Ts
2
Te )
= Ts
④
Ti + Te
= Ts
2
Tb
(11)
Esta aproximación asume que la temperatura media del fluido varı́a linealmente a lo largo del
tubo, lo cual difı́cilmente es el caso cuando Ts es constante.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
Análisis térmico general
Á
Temperatura superficial constante
h
ote
Al seguir el rastro del perfil real de temperaturas del fluido a lo largo del tubo se obtiene una
diferencia de temperaturas media logarı́tmica, Tml , que es una representación exacta de la
diferencia de temperatura promedio entre el fluido y la superficie.
Cuando
Te difiere de
Ti en no más de 40 %, el error al usar
Tar es menor a 1 %.
-
Siempre se debe usar Tml cuando se determine la transferencia de calor por convección en
un tubo cuya superficie se mantenga a temperatura constante.
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo constante de calor en la superficie
Temperatura superficial constante
Análisis térmico general
Temperatura superficial constante
Tml =
T
Te
i
Ts Te
ln
Ts Ti
=
Te
Ti
✓
◆
Te
ln
Ti
(12)
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
¿Qué veremos hoy?
1
Introducción
2
Análisis térmico general
3
Región de entrada
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
4
Correlaciones para Número de Nusselt
5
Ejemplos
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
Región de entrada
Capa lı́mite
Debido a la condición de no-deslizamiento, para compensar la reducción de velocidad en las
paredes del tubo, la velocidad del fluido en el centro del tubo tiene que incrementarse a fin de
mantener constante el flujo de masa por el tubo. Como resultado, se desarrolla un gradiente
de velocidad a lo largo del tubo.
La región del flujo en la cual se sienten las fuerzas cortantes viscosas causadas por la
viscosidad del fluido se llama capa lı́mite de velocidad o sólo capa lı́mite.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
Región de entrada
Capa lı́mite
El espesor de la capa lı́mite se incrementa a lo largo del tubo y finalmente lo llena por
completo.
La región que existe desde la entrada del tubo hasta el punto en donde la capa lı́mite se une
en la lı́nea central se llama región de entrada hidrodinámica, y la longitud de la región se
conoce como longitud de entrada hidrodinámica, Lh .
El flujo dentro de la región de entrada se denomina flujo hidrodinámicamente en desarrollo.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
Región de entrada
Capa lı́mite
El perfil de velocidad en la región completamente desarrollada es parabólico, en el flujo
laminar, y un tanto más plano en el flujo turbulento, debido al movimiento arremolinado y al
mezclado más vigoroso en la dirección radial.
De manera análoga, se definen la capa lı́mite térmica, la región de entrada térmica y la región
completamente desarrollada térmicamente.
En la región del tubo completamente desarrollada térmicamente, el coeficiente local de
convección es constante.
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Capa lı́mite
Longitudes de entrada
Región de entrada
Longitudes de entrada
Flujo Laminar
Longitud de entrada hidrodinámica (Kays y Crawford, 1993):
Lh,laminar ⇡ 0,05ReD
(13)
Longitud de entrada térmica (Shah y Bhatti, 1987):
Lt,laminar ⇡ 0,05ReP rD = P rLh,laminar
(14)
Para Recr = 2300, Lh,laminar = 115D
Flujo turbulento
Lh,turbulento ⇡ Lt,turbulento ⇡ 10D
(15)
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
¿Qué veremos hoy?
1
Introducción
2
Análisis térmico general
3
Región de entrada
4
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
5
Ejemplos
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo laminar en tubos
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo laminar en tubos
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Para un tubo circular de longitud L sujeto a una temperatura superficial constante, el
número promedio de Nusselt para la región de entrada térmica se puede determinar a partir
de (Edwards y otros, 1979):
N u = 3,66 +
0,065 D
ReP r
L
⇥D
⇤2/3
1 + 0,04 L ReP r
(16)
Cuando la diferencia entre las temperaturas de la superficie y la del fluido es grande [Sieder y
Tate (1936)].
✓
◆1/3 ✓ ◆0,14
ReP rD
µb
N u = 1,86
(17)
L
µs
donde todas las propiedades se evalúan en la temperatura media de la masa del fluido, salvo
por µs que se evalúa en la temperatura de la superficie.
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Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo turbulento en tubos
Para tubos lisos, es flujo es completamente turbulento para Re > 10000.
Para calcular el número de Nusselt se utiliza la ecuación de Colburn.
N u = 0,023Re0,8 P r1/3
(18)
para 0,7  P r  160 and Re > 10000.
Otra versión es la ecuación de Dittus-Boelter, que se prefiere a la de Colburn:
N u = 0,023Re0,8 P rn
(19)
donde n = 0,4 para el calentamiento y 0,3 para el enfriamiento del fluido que fluye por el tubo.
Estas ecuaciones son válidas cuando la diferencia de temperaturas entre el fluido y la superficie de
la pared no es grande, evaluando todas las propiedades del fluido en la temperatura media del
fluido, Tb .
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo turbulento en tubos
Cuando la variación de temperatura es grande, puede usarse la ecuación de Sieder y Tate:
✓ ◆0,14
µ
N u = 0,027Re0,8 P r1/3
(20)
µs
para 0,7  P r  17600 y Re
se determina a Ts .
10000. Todas las propiedades se evalúan a Tb , excepto µs , que
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Flujo laminar en tubos
Desarrollo del flujo laminar en la región de entrada
Flujo turbulento en tubos
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
Correlaciones para Número de Nusselt
Flujo por la sección anular entre tubos concéntricos
⑧
El diámetro hidráulico se define como:
Dh = Do Di
-
.
¢
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Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
¿Qué veremos hoy?
1
Introducción
2
Análisis térmico general
3
Región de entrada
4
Correlaciones para Número de Nusselt
5
Ejemplos
Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor
Condensador de una planta de energı́a
Flujo de aceite en una tuberı́a que pasa a través de un lago
Calentamiento de agua por calentadores de resistencia en un tubo
Pérdida de calor de los ductos de un sistema de calefacción
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
10
Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor
Ólts
-
Ta
) IRT
Rt
trama
-
Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor
Entra agua a 15o C y a razón de 0,3kg/s en un tubo delgado de cobre, de 2,5cm de diámetro
interno, que forma parte de un intercambiador de calor y se calienta por medio de vapor que se
condensa en el exterior a 120o C. Si el coeficiente de transferencia de calor promedio es de 800
W/m2o C, determine la longitud requerida del tubo para calentar el agua hasta 115o C.
✓
ÓHASOTMC
Asistir L
-
O
[email protected]
120°C
115°C
I
.
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor
Calentamiento de agua en un tubo por medio de vapor
Entra agua a 15o C y a razón de 0,3kg/s en un tubo delgado de cobre, de 2,5cm de diámetro
interno, que forma parte de un intercambiador de calor y se calienta por medio de vapor que se
condensa en el exterior a 120o C. Si el coeficiente de transferencia de calor promedio es de 800
W/m2o C, determine la longitud requerida del tubo para calentar el agua hasta 115o C.
26 / 32
L
*
hitdotme
120%-1202
i.
otme-ote-oq-otefeso.us#EE)
Ati -120
-
154C
÷:@{
¥
1159
11542150cm
Cp
L
=
=
15°C
=
65°C
4187 I
kgk
61
m
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
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Región de entrada
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Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
Condensador de una planta de energı́a
condensar 0,15 Kgb
quiero
Condensador de una planta de energı́a
de vapor de
agua
a
30°C
Se usa agua para enfriamiento de la que se dispone a 10 C con el fin de condensar vapor de agua a
30 C en el condensador de una planta de energı́a, a razón de 0,15 kg/s, mediante la circulación de
aquella por un banco de tubos delgados de cobre de 5 m de largo y 1,2 cm de diámetro interno. El
agua entra en los tubos a una velocidad media de 4 m/s y sale a una temperatura de 24 C. Los
tubos son casi isotérmicos a 30C. Determine el coeficiente de transferencia de calor promedio
entre el agua y los tubos y el número de éstos necesarios para lograr la razón de transferencia de
calor requerida.
h
÷!
número
:
de
tubos
.
ü¥÷÷
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
Condensador de una planta de energı́a
Condensador de una planta de energı́a
Se usa agua para enfriamiento de la que se dispone a 10 C con el fin de condensar vapor de agua a
30 C en el condensador de una planta de energı́a, a razón de 0,15 kg/s, mediante la circulación de
aquella por un banco de tubos delgados de cobre de 5 m de largo y 1,2 cm de diámetro interno. El
agua entra en los tubos a una velocidad media de 4 m/s y sale a una temperatura de 24 C. Los
tubos son casi isotérmicos a 30 C. Determine el coeficiente de transferencia de calor promedio
entre el agua y los tubos y el número de éstos necesarios para lograr la razón de transferencia de
calor requerida.
27 / 32
[email protected]
=
intercambiado
en
=
1 tubo
@CPÍTE
↓
-
✓
Cplitc)
2mL
=
?
0,19m
Ti )
✓
=
4184
Jtpgk
PLAN 998,6k¥
=
,
A-
LÁOÍ
:L
D= 1,2cm
xp
-0,45¥ ;ñ¥=ü
A
Ac -0,011m
.
≥
intqrqmfgiaaasii i wf
mirarla fqiW
A- Oi
-
W
=
Asotme
N° de tubos ?
Oiioeraaíñ :*:
2635-9,2
he 11959,74
0,19mi 11,6°C
mar
.
mi
vapor
"
jjj
,
+
saturado
=
OH
tq
ÉGEO
Qtubo
no
-
Ótotae
26,4kW
todos ?
-3647kW
146am entre
Oitotal
Qtobo
"
todos
=
~
13,8
14
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Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
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Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
Flujo de aceite en una tuberı́a que pasa a través de un lago
Flujo de aceite en una tuberı́a que pasa a través de un lago
Considere el flujo de aceite a 20o C en una tuberı́a de 30 cm de diámetro a una velocidad promedio
de 2 m/s. Una sección de 200 m de largo de la tuberı́a horizontal pasa por las aguas heladas de un
lago a 0o C. Las mediciones indican que la temperatura de la superficie del tubo está muy cercana
a 0o C. Si descarta la resistencia térmica del material del tubo, determine:
(a)
la temperatura del aceite cuando el tubo sale del lago,
(b)
la razón de la transferencia de calor desde el aceite.
Re
=
Puvis
a
q
Ti
=
20°C
28 / 32
Aceite para
888,1
p
motor
kq
=
Cp
Re
=
1881
M3
I
( 20°C )
µ 0,8374
=
tq 12=0,1451
M
.
Pr
=
S
10863
kgk
=
=
pV§
636
=
888.lk/ni.2m/s.Q3m0,8374
Creer
=
kgms
2300 )
mk
Lz
=
↳
0,05
~
Re Pr D=
103600
Mu
=
0,05×636
m
3,66
t
Nu
=
33,7
h
=
✓
=
hay
r
Nnik
Dr
D
10863×0,3
ÓILÍ RÓPR
0,065C
0,04
×
(
CDIL) Re
Pr
)
2/3
m
Ó¥¡
Ñeysti
440%
=
=
Ts
-
Tati
*
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-
-
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.
0,3M
✓
OI
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=
ni
=
r
r
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→
\
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Tel
→ A.
VA
,
2mg
Ó
-
=
AE
Py
de tabla
ITDÍ
"
-
.
Tr
color sensible
color latente de cambio
Color
intercambio
con
fue
-
cordero
-
rad
④ =L Astts Todman
-
~
=
flujo
sólido
→
líq
hAsftitzten-tsf-nicplti.TN
Te -19,7°C
Ó
otme-ote-otikttsoi.io#szw4IEl
.
has otme
"
bomba
=
VOR
f- *ébzzá
↳ factor
de
Ñbomba
de
Darcy
=
mj
.
OR
=
f
910066¥40
Gris
¥ pvpjim
Lim
fricción
µ
OPL
=
.
16,8kW
1,19×1051
M2
h
=
hlrlul
4
Nutre)
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
1 / 32
Introducción
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Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
4
5
Ejemplos
Calentamiento de agua por calentadores de resistencia en un tubo
Calentamiento de agua por calentadores de resistencia en un tubo
Se debe calentar agua desde 15o C hasta 65o C conforme fluye por un tubo de 3 cm de diámetro
interno y 5 m de largo. El tubo está equipado con un calentador de resistencia eléctrica que le
proporciona calentamiento uniforme sobre toda la superficie. La superficie exterior del calentador
está bien aislada, de modo que, en la operación estacionaria, todo el calor generado en éste se
transfiere al agua en el tubo. Si el sistema debe proporcionar agua caliente a razón de 10 l/min,
determine la potencia nominal del calentador de resistencia. Asimismo, estime la temperatura de
la superficie interior del tubo a la salida.
29 / 32
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
UNIDAD 1: TRANSMISIÓN DE CALOR
Clase 8 - Convección forzada interna
Gabriela Sandoval Hevia
Fenómenos de Transferencia de Calor
Ingenierı́a Quı́mica
Facultad de Ciencias Naturales, Matemáticas y del Medio Ambiente
Universidad Tecnológica Metropolitana
1 / 32
Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
Ejemplo
1
2
3
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Ejemplos
Pérdida de calor de los ductos de un sistema de calefacción
Pérdida de calor de los ductos de un sistema de calefacción
Aire caliente a la presión atmosférica y a 80o C entra en un ducto cuadrado no aislado de 8 m de
largo y con sección transversal de 0,2m ⇥ 0,2m que pasa por el ático de una casa, a razón de
0,15m3 /s. Se observa que el ducto es isotérmico a 60o C. Determine la temperatura de salida del
aire y la razón de la pérdida de calor del ducto hacia el espacio del ático.
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Introducción
Análisis térmico general
Región de entrada
Correlaciones para Número de Nusselt
Ejemplos
Referencias
Referencias
Yunus Cengel.
Transferencia de Calor
Editorial McGraw-Hill, 2007.
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