Diapositiva 1. Tema 9: Convección forzada CONVECCIÓN FORZADA. JM.Corberán, R. Royo (upv) 1

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1 iapoitiva 1 CONVECCIÓN FORZAA JM.Corberán, R. Royo (upv 1

2 iapoitiva 2 ÍNICE Flujo externo Flujo interno incompreible placa compreible tubo único circulare normal a tubo hace no circulare laminar turbulento JM.Corberán, R. Royo (upv 2

3 iapoitiva 3 1.FLUJO EXERNO ORE PLACA PLANA 1.1.MEOOLOGÍA E CÁLCULO Evaluación de la temperatura de recuperación Cuando el flujo e frena, el fluido e calienta, iendo la temperatura repreentativa del fenómeno de intercambio de calor la temperatura de recuperación r, pudiéndoe calcular mediante la iguiente expreión: donde Ec e el número de Eckert: y r el factor de recuperación r Pr (1/2 (flujo laminar r Pr (1/3 (flujo turbulento Propiedade a la temperatura correpondiente ( + flujo incompreible: m 2 flujo compreible: ( ( r - - Ec r 2 JM.Corberán, R. Royo (upv 3 r U Ec C ( - en la mayoría de aplicacione de ingeniería, para flujo de baja velocidad, r e imilar a la temperatura del fluido, r p 2

4 iapoitiva 4 El dearrollo de la capa límite en función de la ditancia viene caracterizado por el valor del número de Reynold a lo largo de la placa < 5 10 Re > flujo laminar flujo turbulento U x υ Expreión del Número de Nuelt: e local, f(x, calculándoe el coeficiente de convección egún la expreión: h x Nu x k x JM.Corberán, R. Royo (upv 4

5 iapoitiva CORRELACIONE E CÁLCULO L Q i hx ( Li 1 ZONA FLUJO LAMINAR Comprobar que 0.6 Pr 50 r w dx 1/2 Nuelt local Nux (Rex Pr Nuelt promedio Nu L (Re Q h ( A JM.Corberán, R. Royo (upv 5 1/3 1/2 0 x L (Nuelt obtenido a partir de h promediado ZONA FLUJO URULENO Comprobar que 0.6 Pr 50 i <Re <10 7 Nu Re L (Hata 10 8 con error inferior al 15% 1 L 0 Pr h obteniendo h local, h x X (0.8 Pr 1/3 1/3 dx obteniendo L hl r

6 iapoitiva 6 3.FLUJO EXERNO ORE UO 1.eterminación de la propiedade necearia a 2.eterminación del Re U µ/ρ m + 2 JM.Corberán, R. Royo (upv 6

7 iapoitiva UO ÚNICO ECCIÓN CIRCULAR Comprobar: 1<Re<10 6 eterminación de Nu 0.7<Pr<500 1 (m n Pr 4 C Re Pr ( Pr 0.37 i Pr 10 n 0.36 i Pr > 10 eterminación de C y m (tabla iguiente Re C m * * JM.Corberán, R. Royo (upv 7

8 iapoitiva 8 UO E ECCIÓN NO CIRCULAR Nu C Re (m Pr 1 ( 3 C y m e determinan a partir de la tabla iguiente, egún la geometría y el número de Reynold Re : GEOMERIA Re C m Cuadrado u u Hexágono u u Placa vertical u 5x x x x x x x JM.Corberán, R. Royo (upv 8

9 iapoitiva AERÍA E UO: UO GENERALIZAO EN INERCAMIAORE Haz de cuatro hilera y tre tubo por hilera JM.Corberán, R. Royo (upv 9

10 iapoitiva 10 1º eterminación de U MÁX egún la geometría Re M µ/ρ U MAX L r L A 1 r U U A 2 A 1 A 2 A 1 ipoición de lo tubo en un banco. (a Alineado (b Alternado Aplicando la ecuación de continuidad en cada cao tendremo: UO ALINEAO U UO ALERNAO U máx ( -, de donde U iendo A min Mín(A 1,2A 2 U máx A Min, de donde U U máx máx U U A MIN JM.Corberán, R. Royo (upv 10

11 iapoitiva 11 i el número de HILERA 20: 1º Evaluar Pr a, Pr a 2º eterminar el reto de propiedade a m + 2 3º eterminar C y n egún el valor de Re máx y la geometría. 4º Comprobar 5º 1000 < ReM < 2* < Pr < Nu 4 n 0.36 Pr C Re M Pr m Pr 6 JM.Corberán, R. Royo (upv 11

12 iapoitiva 12 CONFIGURACIÓN Re,MÁX C M abla 7.7: Contante de la ecuación 7.67 para batería de tubo en flujo cruzado (16 Alineado Alternado Alineado Alternado Aproximar a un único (ailado cilindro Alineado ( / L <0.7 a x Alternado ( / L < x ( / L 1/ Alternado ( / L > x Alineado 2x10 5-2x Alternado 2x10 5-2x a Para JM.Corberán, R. Royo (upv / L >0.7 la tranferencia de calor e ineficiente y lo tubo alineado no deben uare 12

13 iapoitiva 13 i el número de HILERA <20: e corrige el Nu calculado anteriormente con el factor: (Nu (Nu Nhilera 20 hilera cuyo valore aparecen en la iguiente tabla (para Re >1000: Nº alineado alternado JM.Corberán, R. Royo (upv 13

14 iapoitiva 14 3.FLUJO INERNO 3.1. INROUCCIÓN En flujo interno, el perfil de temperatura depende de la poición en la ección tranveral y a lo largo del conducto: (x,r. R r itribución de la temperatura U b itribución de temperatura en el flujo de tubería JM.Corberán, R. Royo (upv 14

15 iapoitiva 15 i + 2 emperatura de maa : temperatura caracterítica para cada ección. Correponde a un promedio energético de la ección: R 0 R ρ Cp 2 π r (r dr 0 ρ Cp 2 π r dr El calor tranmitido por convección en cada poición e refiere a dicha temperatura de maa: dq(xda(x h ( (x (x P(x dx h ( (x (x La propiedade necearia para el cálculo del coeficiente de convección e evalúan a la temperatura de maa promediada entre la entrada y la alida del conducto: JM.Corberán, R. Royo (upv 15 0

16 iapoitiva 16 Variación de temperatura a lo largo del conducto uponiendo temperatura uperficial interior y coeficiente de convección uniforme: JM.Corberán, R. Royo (upv 16

17 iapoitiva 17 iendo P el perímetro del tubo, tenemo: dq h P dx ( m Cp d integrando i d ( e L h P x m Cp h P dx m Cp Q dq h P L ML 0 - i - ( ( - ln ( - i 0-0 ( iendo ML la iferencia Media Logarítmica de emperatura: ML ( promedio JM.Corberán, R. Royo (upv 17

18 iapoitiva FLUJO LAMINAR U Re < 2300 µ / ρ -oda la propiedade e evalúan a la temperatura de maa del fluido. ubo corto (flujo no plenamente dearrollado. Comprobar: 1/3 (Re Pr/ L / > < Pr < contante Nu 1/3 Re Pr µ ( L µ ubo largo (flujo dearrollado (contante válida ólo para tubo cilíndrico i e uniforme: i Q A e uniforme: h Nu k f h Nu k f JM.Corberán, R. Royo (upv 18

19 iapoitiva FLUJO URULENO Re U µ / ρ > 2300 En flujo turbulento la región de entrada e mucho má corta, por lo que la iguiente correlación e conidera válida para todo el conducto. Válida para: Nu L < Pr < Re 0.8 Pr n 0.3i n 0.4 i < (flujo e enfria > (flujo e calienta Nota: En conducto no circulare utilizar la definición de radio hidráulico: h 4 Area de pao Perímetro mojado JM.Corberán, R. Royo (upv 19

20 iapoitiva CORRECCIÓN POR EL EFECO E LA VARIACIÓN E PROPIEAE ENRE LA EMPERAURA E LA UPERFICIE Y EL FLUJO: LIQUIO GAE f f Nu Nu Pr ( Pr Pr ( Pr m n ó ó µ ( µ µ ( µ m n ó ó ( ( m n ipo de flujo Fluido entido tranferencia calor m n µ Laminar Líquido Fluido e calienta µ Fluido e enfría µ µ Gae Calentándoe o enfriándoe 1 0 urbulento Líquido Fluido e calienta Fluido e enfría Gae Fluido e calienta Fluido e enfría JM.Corberán, R. Royo (upv 20

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