Conveccion

TRANSFERENCIA DE CALOR
POR CONVECCIÓN
Convección forzada

RELACIONES EMPÍRICAS PARA CORRIENTES EN
TUBERÍAS Y CONDUCTOS

Para fines de diseño e ingeniería, las
correlaciones empíricas suelen tener
gran utilidad práctica. En este apartado
se presentan algunas de las relaciones
empíricas más importantes y útiles y se
indican sus limitaciones.

La temperatura promedio
Temperaturapromedio que es importante
en todos los problemas de transferencia
de calor en corrientes dentro de
conductos cerrados. La temperatura
promedio representa la energía media o
las condiciones de la «capa de mezcla».

en el tubo dibujado en
la Figura la energía
total aportada puede
expresarse en función
de la diferencia de
temperaturas
promedio mediante

siempre que Cp searazonablemente constante a lo largo del
conducto.
En el elemento diferencial de
longitud dx, el calor aportado dq
puede expresarse en función de
una diferencia de temperaturas
promedio o bien en función del
coeficiente de transferencia de
calor. donde Tp y Tb son las
temperaturas de la pared y
promedio en una posición x

El calor total transferido puede expresarse
como



A= área total de lasuperficie que transfiere
calor



Puesto que ambos Tp y Tb pueden variar a lo
largo del tubo, debe adoptarse la forma
adecuada de realizar el promedio para
utilizar la ecuación propuesta.

La transferencia de calor en flujo turbulento
completamente desarrollado en tubos lisos
es la que recomiendan Dittus y Boelter

es válida para flujo turbulento completamente desarrollado entubos lisos, para fluidos con números de Prandtl variando entre
un valor cercano a 0,6 y 100 y con diferencias moderadas de
temperatura entre la pared y el fluido.

Una información más reciente de Gnielinski
sugiere
que
pueden
obtenerse
mejores
resultados para flujo turbulento en tubos lisos a
partir de

Como se ha descrito antes, se puede anticipar que
los datos de transferencia decalor dependerán de
los números de Reynolds y Prandtl. Para cada uno
de estos parámetros, el tipo de relación más
sencillo a utilizar es, quizá, una función
exponencial, de modo que se supone

donde C, m y n son constantes a determinar a partir de los datos
experimentales.

Si en la corriente aparecen diferencias de temperaturas grandes,
entonces puede existir un cambio apreciable enlas propiedades del
fluido entre la pared del tubo y la corriente central.

Estas variaciones de las propiedades pueden manifestarse en un
cambio en el perfil de velocidades, como lo vemos en la figura

Para tener en cuenta las variaciones de las
propiedades, Sieder y Tate recomiendan la
siguiente relación

Todas las propiedades se evalúan en las condiciones de la
temperatura promedio,excepto μр’ que se evalúa a la
temperatura de la pared.

En las ecuaciones anteriores se aplican a flujo turbulento
completamente desarrollado en tubos, en la región de
entrada el flujo No esta desarrollado por lo que Nusselt
propone:

donde L es la longitud del tubo y d el diámetro del
tubo.

Las ecuaciones anteriores ofrecen simplicidad de cálculo, pero
normalmente tienenincertidumbres del orden del 25%.
Petukhov ha desarrollado una expresión más precisa,
aunque
más
compleja,
para
el
flujo
turbulento
completamente desarrollado en tubos lisos:



La ecuación anterior se aplica para los
siguientes intervalos

Hausen presenta la relación empírica siguiente
para flujo laminar completamente desarrollado en
tubos cuyas paredes tienen temperatura constante:El coeficiente de transferencia de calor calculado a partir de esta
relación
es el valor medio a lo largo de toda la longitud del tubo.

Sieder y Tate propusieron una relación empírica algo más
simple
para la transferencia de calor laminar en tubos:

la ecuación es válida para

El producto de los números de Reynolds y Prandtl que
aparece en las correlaciones del flujo laminar se...