Transferencia De Calor 3

Combinación de
convección y
conducción
y coeficientes
generales
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En muchas situaciones prácticas, no se conocen las
temperaturas superficiales (o las condiciones límites
en la superficie), pero se sabe que ambos lados de las

superficies sólidas están en contacto con un fluido.
Considerar una pared plana

DxA
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con un fluido caliente a temperatura T1 en la superficie
interior y un fluidofrío a T4 en la superficie exterior.
El coeficiente convectivo externo es ho W/m2 * K y en
el interior es hi.
La siguiente ecuación proporciona la velocidad de
transferencia de calor:
q = hi A(T1 - T2) = (kAA/DxA) (T2 - T3) = ho A(T3 - T4)
q = (T1 – T4) / [(1/hiA) + (DxA /kAA) + 1/ho A] = (T1 – T4)/ SR
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La transferencia total de calor por combinación de
conducción y convección suele expresarse entérminos
de un coeficiente total de transferencia de calor, U,
que se define como:
q = UADTtotal
DTtotal = Tl - T4
U = 1 /[(1/hiA) + (DxA /kAA) + 1/ho A]

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Otra aplicación importante es la transferencia de calor
desde un fluido en el exterior de un cilindro que pasa a
través de la pared hacia el fluido que está en el
interior,

situación

muy

frecuente

en

los

intercambiadores de calor.

5La velocidad total de transferencia de calor a través
del cilindro es
q = (T1 – T4) / [(1/hiAi ) + ((ro – ri) /kAAAlm) + (1/ho Ao) ] = (T1 – T4)/ SR

El coeficiente total de transferencia de calor U para el
cilindro puede basarse en el area interior Ai o en la
exterior Ao del tubo. De esta manera,
q = Ui Ai (T1 - T4) = Uo Ao (T1- T4)

Ui = 1 / [(1/hi) + ((ro – ri) Ai /kAAAlm) + (Ai /ho Ao)
Uo = 1 /[(Ao /hi Ai) + ((ro – ri) Ao /kAAAlm) + (1/ho)
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Considere una corriente de vapor saturado a 267 ºF que
fluye en el interior de una tubería de acero de 4 pulg
con un DI de 0.824 pulg. y DE de 1.050 pulg. La tubería
está aislada con 1.5 pulg de aislamiento en el exterior.
El coeficiente convectivo para la superficie interna de
la tubería en contacto con el vapor se estima como
hi = 1000 btu/h .pie2 . ºF, mientras que la estimación del
coeficiente convectivo en el exterior de la envoltura es
de ho = 2 btu/h . pie2 . ºF. La conductividad media del
metal es de 45 W/m . K y 0.064 W/m . K para el
aislante.
a) Calcule la pérdida de calor para 1 pie de tubería
usando resistencias, cuando la temperatura del aire es
de 80 ºF.
b) Repita el cálculo usando el Ui total basado en el área
interna Ai.7

TRANSFERENCIA
DE CALOR
POR CONVECCIÓN
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CONVECCIÓN
(transferencia de calor de un fluido a una pared sólida)

SIN TRANSFERENCIA DE MASA
(Los fluidos se enfrían o calientan sin cambiar su
estado de agregación)

FORZADA
(velocidad del
fluido > 0)

LIBRE
(velocidad del
fluido = 0)

CON TRANSFERENCIA DE MASA
(Los fluidos pasan del estado líquido al gaseoso o
viceversa)

CONDENSACION
(paso delestado gaseoso
al líquido)

EBULLICION
(paso del estado
líquido al lgaseoso)

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La convección es el mecanismo de transferencia
de calor por movimiento de masa o circulación
dentro de la sustancia. Puede ser natural
producida solo por las diferencias de densidades
de la materia; o forzada, cuando la materia es
obligada a moverse de un lugar a otro, por
ejemplo el aire con un ventilador o el aguacon
una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases
donde los átomos y moléculas son libres de
moverse en el medio.
En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado
por la atmósfera por conducción y radiación
cerca de la superficie, es transportado a otras
capas o niveles de la atmósfera por convección.
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Un modelo de transferencia de calor H por convección,
llamado ley de enfriamiento de Newton,es el siguiente
Donde h se llama coeficiente de convección, en Watt/
(m2. K), A es la superficie que entrega calor con una
temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a
una temperatura T, como se muestra en el esquema de la
figura.

El flujo de calor por convección es positivo (H > 0) si el
calor se transfiere desde la superficie de área A al
fluido (TA > T) y negativo si el calor se...