Transferencia De Calor

Universidad de Carabobo
Facultad de Ingeniería
Escuela de Ingeniería Mecánica
Departamento de Térmica y Energética
Transferencia de calor

Asignación IIITransferencia de calor por convección con cambio de fase
Parámetros adimensionales de la ebullición y la condensación:
- En el estudio de los fenómenos que se presentan en la capa límite las dimensiones de las ecuaciones gobernantes son removidas a fines de identificar los grupos adimensionales relevantes. Este enfoque aumenta lacomprensión de los mecanismos físicos relacionados e indica procedimientos simplificados para generalizar y representar los resultados de la transferencia de calor.
- Debido a que es complicado desarrollar las ecuaciones de gobierno para los procesos de ebullición y condensación, los parámetros adimensionales apropiados se obtienen mediante el teorema pi de Buckingham. Para ambos procesos el coeficiente deconvección puede depender de la diferencia entre las temperaturas de la superficie y de saturación ∆T=|TS-TSat|, la fuerza de cuerpo que surge de la diferencia de densidad líquido-vapor g(ρl-ρv), el calor latente hfg, la tensión superficial σ, una longitud característica L, y las propiedades termofísicas del líquido o del vapor: ρ, Cp, k, µ. Es decir:
h=h∆T,gρl-ρv,hfg,σ,L,ρ,Cp,k,μ
- Dado quehay 10 variables en 5 dimensiones (m, Kg, s, J, K), habrá (10-5)= 5pi grupos, que se pueden expresar de la siguiente forma:
hLk=fρgρl-ρvL3μ2,Cp∆Thfg,μCpk,gρl-ρvL2σ
O, con la definición de los grupos adimensionales:
NuL=fρgρl-ρvL3μ2,Ja, Pr, Bo
- Donde Ja, es el número de Jakob, denominado por Max Jakob en honor de su primer trabajo sobre el fenómeno de cambio de fase, es la razón de la energíasensible máxima absorbida por el líquido (vapor) a la energía latente absorbida por el líquido (vapor) durante la condensación (ebullición). Bo, es el número de Bond, es la razón de la fuerza de cuerpo gravitacional a la fuerza de tensión superficial. Nu es el número de Nusselt que mide el aumento de la transmisión de calor desde una superficie por la que un fluido discurre (transferencia de calorpor convección) comparada con la transferencia de calor si ésta ocurriera solamente por conducción. Pr es el número de Prandtl que es proporcional al cociente entre la difusividad de momento (viscosidad) y la difusividad térmica. El término restante es un parámetro sin nombre que representa el efecto del movimiento del fluido inducido por empuje sobre la transferencia de calor.
Modos y/o tiposde ebullición:
- Cuando ocurre la evaporación sólido-líquido se denomina ebullición. El proceso ocurre cuando la temperatura de la superficie Ts excede la temperatura de saturación Tsat que corresponde a la presión del líquido. El calor se transfiere de la superficie sólida al líquido. El proceso se caracteriza por la formación de burbujas de vapor, que crecen y posteriormente se separan de lasuperficie.
* Ebullición en recipientes: Este proceso se presenta en tanques que contienen un líquido, en cuyo seno se encuentra una pared calefactora, esta puede ser, por ejemplo, una haz de tubos por cuyo interior circula un fluido a temperatura superior a la de saturación a la presión del líquido exterior.
En este tipo de ebullición el líquido está en reposo y su movimiento cercade la superficie se debe a la convección libre y a la mezcla inducida por el crecimiento de las burbujas y su separación.
Nukiyama observó experimentalmente que la potencia calorífica intercambiada, por unidad de superficie, puede ser representada en función de la diferencia de temperaturas entre la de la pared calefactora y la de saturación “∆T”. Nukiyama fue el primero en identificar...