Estable

OPERACIONES UNITARIAS II
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION FORZADA
CORRELACIONES
Prof. María Isabel Briceño
En esta guía se presentan diversas correlaciones que permiten el cálculo del número de Nusselt,
tal que se pueda entonces despejar del mismo el coeficiente de película o de transferencia de
calor por convección, h:
€
Nu = hl
k
= f(Re, Pr, geometría, ...)
Se han incorporadotambién otras ecuaciones con las que se puede calcular el espesor de la capa
límite laminar y turbulenta, así como expresiones para obtener el factor de fricción en placas
planas. Se cubren los casos de bifásico que se presentan en condensadores y evaporadores.
1. CORRELACIONES PARA PLACAS PLANAS
Dado que la temperatura puede variar fuertemente entre la placa y la corriente libre, laspropiedades del fluido (ρ, μ, Cp, k) se evalúan con la llamada temperatura de película, Tf :
Tf =
Tp + T∞
2
(1)
Para placas no isotérmicas, se utiliza el promedio de temperatura para toda la placa,
€
Tp = Tp − T∞ ( )+ T∞ . (2)
que se sustituye en la Ec. 1.
1.1 Región laminar
a) Espesor de la capa límite:
•
δ
x
= 4,64 Rex
−1/ 2; Re < 5.105 (3)
b) En función de la posición sobre la placa,placa isotérmica:
• Nux = 0,332 Pr1/3 Re1/2 (4)
• Stx = 0,332 Pr-2/3 Re-1/2 (5)
2
• f
2
= 0,332Rex
−1 / 2 = St Pr2 / 3 (6)
Validez Ecs. 4 a 6: 0,6 < Pr < 50 ; Re < 5.105
• Nux = 0,3387Rex
1/ 2 Pr1/ 3
1 + 0,0468
Pr






 2 / 3







1/ 4 (7)
Validez Ec. 7: Rex Pr > 100 ; Re < 5.105
c) Propiedades promedio para placa de largo L, placa isotérmica:
• h = 2hx= L (8)
• Nu = h L
k
= 0,664 ReL
1/ 2 Pr1/ 3 (9)
donde ReL =
ρv∞L
μ
(10)
d) En función de la posición sobre la placa, placa no-isotérmica y flujo de calor constante en la
pared q”:
•
€
Nux = 0, 453 Rex
1/2 Pr1/3 = q" x
k (Tp − T∞ )
(11)
€
q"= 3
2
hx=L Tp − T∞ ( ) (12)
donde
€
Tp − T∞ ( ) = q" L
k 0,6795 ReL
1/2 Pr1/3 (13)
• Nux = 0,4637 Rex
1 / 2 Pr1/ 3
1 + 0,0207
Pr





 2 / 3







1/ 4 (14)
Validez: Rex Pr > 100 ; Re < 5.105
e) Placa calentada a partir de una longitud xo, placa isotérmica:
• Nux = 0,332 Pr1/3 Re1/2 1 − xo
x






 3/ 4







−1/ 3
(15)
1.2 Región turbulenta
3
a) Espesor de la capa límite:
•
€
δ
x
= 0, 381 Rex−1/5; 5.107 < Re < 107 (16)
b) En función de la posiciónsobre la placa, placa isotérmica:
• Stx Pr2/3 = 0,0296 Rex
-0,2 (17)
Validez: 5.105 < Re < 107
• Stx Pr2/3 = 0,185 (log Rex)-2,584 (18)
• f = 0,0592Rex
−1 / 5 (19)
Validez: 5.105 < Re < 107
• f = 0,37 (log Rex )−2,584
(20)
Validez: 107 < Re < 109
c) En función de la posición sobre la placa, placa no-isotérmica y flujo de calor constante en la
pared q”:
• Nux = 1,04 Nux Tp=cte (21)Validez: 5.105 < Re < 107
1.3 Región de transición
a) Propiedades promedio para placa de largo L, placa isotérmica:
•
StPr2/ 3 = 0,037 ReL
−0,2− 871 ReL
−1 (22)
Nu L = Pr1/ 3 0,037ReL 0 ( ,8 − 871) (23)
Validez: Re < 107
b) Propiedades promedio para placa de largo L, placa isotérmica:
• Nu L = 0,036Pr0,43 ReL
( 0,8− 9200) μ∞
μp








1/ 4
(24)
Validez: Re < 107, líquidos2. CORRELACIONES PARA FLUJO DENTRO DE TUBOS
En las correlaciones que vienen a continuación, el Re y el Nu se calculan según:
•
Nu = hD
k
; D es el diámetro del tubo. (25)
4
•
Re =
ρ v D
μ
(26)
Las propiedades del fluido (ρ, μ, Cp, k) se calculan a la temperatura promedio (promedio entre la
temperatura de entrada y la de salida); las propiedades que presentan el subíndice “p” secalculan
a la temperatura de la pared del tubo. Para un intercambiador tubular donde intercambian calor un
fluido a alta temperatura (fluido caliente) con un fluido a baja temperatura (fluido frío):
€
Tp = 1
2
(T1c + T2c )
2
+
(T1f + T2f )
2





 (27)
donde el subíndice 1 y 2 se refieren a las condiciones de entra y salida, respectivamente, y los
subíndices c y f se...