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Determinación experimental del coeficiente de transferencia de calor por convección natural en tubos inclinados Experimental analysis of natural convection coefficient inside inclined tubes
M. Avila M.*, C. Torres M., M. Sandoval y C. Valecillos Escuela de Ingeniería Mecánica, Facultad de Ingeniería, ULA, Mérida 5101, Venezuela *amanuel@ing.ula.ve

Resumen El presente trabajo comprende elestudio experimental del fenómeno de convección natural en el interior de tubos verticales e inclinados, en varias relaciones de tamaño (radio/longitud), sometidos a un flujo externo de calor uniforme. El aparato experimental comprende tubos de diferentes tamaños, en los cuales se induce la circulación natural mediante el calentamiento controlado de una resistencia eléctrica enrollada en su superficieexterior. Los resultados se presentan en forma gráfica en términos de relaciones entre los parámetros adimensionales de Nusselt y de Rayleight con sus propiedades termofísicas evaluadas a la temperatura media del fluido en el tubo. Estos resultados permiten confirmar la tendencia asintótica superior del parámetro de Rayleight (Ra → ∞) y la correlación intermedia (10 < Ra < 1000) propuesta por uninvestigador anterior , para todas las relaciones de tamaño y para tubos verticales, y también para tubos con amplio grado de inclinación respecto de la vertical. No se obtuvieron valores experimentales en el rango asintótico inferior (Ra→ 0), pero se observa cierta tendencia afirmativa de comprobación. No se presentan marcadas diferencias para diferentes relaciones de tamaño ni para lasdiferentes inclinaciones ensayadas. Palabras Claves: Convección, natural, tubos inclinados.

Abstract An experimental analysis is made on internal natural convection coefficient as induced by uniform heat flux in vertical and inclined tubes of several length/radius ratios. Test fluid is water and heating is produced by an externally wound resistor wire. Results are shown as Nusselt vs. Rayleight graphswith water properties evaluated at mean bulk temperature. Results agree with upper Ra theoretical asymptotic tendency (Ra → ∞) and with previous works in the middle range (10 < Ra < 1000). No experimental points were obtained in the lower range. Results do not show noticeable differences for different size ratios nor for different inclinations. Key words: Convection, natural, inclined tubes.

1Introducción En este trabajo se trata de probar o proponer las correlaciones de convección natural del tipo "Nu vs Ra" que pueden servir para modelar flujo laminar interno en tuberías verticales e inclinadas, particularmente de interés para aplicaciones relacionadas con colectores de energía solar y reactores nucleares de agua presurizada.

Como punto de partida se cuenta con los trabajos de Dyer(1975), de Materano y Pineda (1996), realizados en tubos verticales, y con el trabajo experimental de Sandoval y Valecillos (1998) realizado en tubos de varias inclinaciones. Este trabajo es prácticamente una modificación en la presentación del proyecto de grado de Sandoval y Valecillos, mediante la cual se obtiene una forma simplificada de la correlación propuesta.

Revista Ciencia eIngeniería. Vol 21. No 2. 2000

16 Mención especial merece el trabajo precursor de J. R. Dyer (et al) en convección natural en tubos verticales. En primer término, en este trabajo Dyer presenta una extensa revisión bibliográfica del tema. En segundo término, Dyer propone y resuelve un modelo numérico del fenómeno, en un rango amplio de números de Prandtl, presentando sus resultados en forma gráfica.También en este trabajo Dyer deduce analíticamente las ecuaciones (1) y (2) para las tendencias asintóticas extremas de la correlación "Nu vs Ra".
Nu = Ra 8
Nu = 0.67 * 5 Ra

Avila y col. 2 Aparato Experimental En la Fig. 2. se muestra un esquema del montaje, instrumentación y nomenclatura del aparato experimental empleado. La sección de prueba está conformada por tubos de cobre de dimensiones:...