Coeficientes_de_Pelicula.pptx

coeficiente de pelicula

1. Anguiano Chávez Víctor Hugo 12041058 Contreras Hinojosa Ilse Ivette 1 2041068 Guerrero Medrano Daniel 12041080 Leyva Sánchez Dora Nely 12041088 Villalobos Rueda Juan Francisco 12041109 INSTITUTO TECNOLOGICO DE DURANGO Ingeniería Química PROCESOS DE SEPARACION II UNIDAD 1: TRANSFERENCIA DE CALOR *COEFICIENTES DE PELICULA* Catedrático: Ing. Eduardo Porras Bolívar

2. INTRODUCCIÓN. COEFICIENTES DE PELÍCULA. NÚMEROS ADIMENSIONALES. Reynolds (Re) Número de Prandtl (Pr) Número de Biot (Bi) Número de Fourier (Fo) Número de Nusselt ( Nu ) Número de Grashof (Gr) Número de Rayleigh (Ra). CORRELACIONES EN CONVECCIÓN NATURAL CORRELACIONES EN CONVECCIÓN FORZADA BIBLIOGRAFÍA. CONTENIDO TEMÁTICO.

3. Convección Natural Forzada Transferencia de calor por medio del movimiento de una masa fluida, tal como el aire o el agua El fluido se mueve debido a cambios de densidad que resultan del cambio de la temperatura Se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba. Externa Interna

4. COEFICIENTES DE PELÍCULA (h) El coeficiente de película representa la razón de la transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido por unidad de área superficial por unidad de diferencia en la temperatura. Además, indica la razón o velocidad a la cual los fluidos que tienen una variedad de propiedades físicas y bajo diferentes grados de agitación, transfieren calor.

5. El coeficiente de película depende de diferentes parámetros como: Tipo de convección (forzada o natural). Régimen del fluido (laminar o turbulento). Velocidad del flujo. Viscosidad del fluido. Densidad del fluido. Temperatura. Conductividad térmica del fluido. Calor específico del fluido Forma de la superficie de intercambio. Rugosidad de la superficie de intercambio

6. * NÚMEROS ADIMENSIONALES *

7. NÚMERO DE REYNOLDS Es la razón de las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas en el fluido. Densidad ( ρ ) : kg/m³ Diámetro (D): m Velocidad (V): m/s Viscosidad dinámica (µ): Pa·s = kg·m −1 ·s −1 Flujo laminar >2100 Flujo turbulento <10000

8. NÚMERO DE PRANDTL Relaciona la difusividad molecular de la cantidad de movimiento sobre la difusividad molecular del calor. 0.01< para metales líquidos Hasta 100,000 para los aceites pesados

9. NÚMERO DE BIOT Es un número adimensional utilizado en cálculos de transmisión de calor en estado transitorio. Donde: h: es el coeficiente de transferencia de calor en la superficie en W/m 2 *k también llamado coeficiente de película. L: es una longitud característica en m, definida generalmente como el volumen del cuerpo dividido por su superficie externa total. k: es la conductividad térmica de material del cuerpo W/m*k

10. NÚMERO DE FOURIER Caracteriza la conducción de calor. Relación entre la velocidad de la conducción y la velocidad de almacenamiento de energía. Donde: α : es la difusividad térmica. (m 2 /s) t: es el tiempo característico. (s) L: es la longitud a través de la que la conducción de calor ocurre. (m)

11. NÚMEROS ADIMENSIONALES CONVECCIÓN NATURAL .

12. Es muy común en la práctica quitar las dimensiones del coeficiente de transferencia de calor (h) con éste número. Que se define como: NÚMERO DE NUSSELT Dónde: h = Es el coeficiente de transferencia de calor por convección. Lc = Es la longitud característica. k = La conductividad térmica del fluido.

13. La transferencia de calor a través de la capa de fluido será por convección cuando ésta última tenga algún movimiento y por conducción cuando esté inmóvil. Es aquí donde se aplica el Nu , representa el mejoramiento de la transferencia de calor a través de una capa de fluido como resultado de la convección en relación con la conducción a través de la misma capa. Entre mayor sea el número de Nusselt , más eficaz es la convección . Sí el número de Nu =1; para una capa de fluido representa transferencia de calor a través de ésta por conducción pura .

14. Representa la razón entre la fuerza de empuje y la fuerza viscosa que actúan sobre el fluido, rige el régimen de flujo en la convección natural. El papel que desempeña el número de Reynolds en la convección forzada se ve impactado por el número de Grashof. Como tal este número, proporciona el criterio principal en la determinación de si el flujo de fluido es laminar o turbulento en la convección natural. NÚMERO DE GRASHOF Ҫ engel , Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa (3ª ed.). México: McGraw-Hill.

15. g = Aceleración gravitacional. [≡] m/s2 β = Coeficiente de expansión volumétrica, 1/K. ( β =1, para los gases ideales) Ts = Temperatura de la superficie. [≡] °C T ∞ = Temperatura del fluido en el ambiente. [≡] °C L c = Longitud característica de la configuración geométrica. [≡] m v = Viscosidad cinemática del fluido. [≡] m 2 /s

16. NÚMERO DE RAYLEIGH La transferencia de convección natural sobre una superficie depende mucho de la configuración geométrica de ésta, así como de su orientación. Además de la variación de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades del fluido que interviene. En algunas de las correlaciones para convección natural, interviene el numero de Rayleigh (Ra) , el cuál es producto del número de Gr y el Pr. Determina el régimen de flujo en este tipo de convección, de acuerdo a las características ya mencionadas.

17. STANTON ( St )

18. Características: Para una configuración geométrica dada, el número de Nusselt promedio en la convección forzada depende de los números de Reynolds y de Prandtl , en tanto que el número promedio de Sherwood depende de los números de Reynolds y de Schmidt. Por lo tanto, puede obtenerse el número de Sherwood a partir de la expresión del número de Nusselt , simplemente al reemplazar el número de Prandtl por el de Schmidt.

19. * CORRELACIONES EN CONVECCIÓN NATURAL *

20. Corriente de convección natural Transferencia de calor por convección natural

21. Forma usual de las correlaciones Los valores de las constantes C y n dependen de la configuración geométrica de la superficie y del régimen de flujo El valor de la constante C normalmente es menor que 1. Todas las propiedades del fluido deben evaluarse a la temperatura de película T f = ( T s +T ∞ )/2.

22. Ҫ engel , Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa (3ª ed.). México: McGraw-Hill.

23. * CORRELACIONES EN CONVECCIÓN FORZADA *

24. La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente que está en movimiento. Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección.

25. El flujo de un fluido se clasifica como interno o externo, dependiendo de si se fuerza ese fluido a fluir en un canal confinado o sobre una superficie. Las condiciones durante este proceso afectan la transferencia de calor y este efecto aparece en el número de Nusselt .

26. La convección forzada externa es el mecanismo de transferencia de calor entre alguna superficie y un fluido, el cual circula alrededor de la superficie de estudio y fluye como consecuencia de alguna fuerza mecánica o física que ocasiona su movimiento. CONVECCIÓN FORZADA EXTERNA

27. Para tomar en consideración la variación de las propiedades del fluido con la temperatura, las propiedades suelen evaluarse a una “Temperatura de película”, que se calcula:

28. Para un flujo sobre una placa plana se tiene que el régimen es: Laminar: Re > 1x105, Turbulento Re > 3x106. Para determinar el número de Nusselt se pueden emplear las siguientes relaciones:

29. La relación de Churchill y Ozoe es aplicable para todos los números de Prandtl con un error aprox. de 1%.

30. En la práctica con frecuencia se encuentra el flujo que pasa a través de cilindros y esferas. Por ejemplo, los tubos en un intercambiador de calor de coraza y tubos involucran flujo interno, por los tubos, y flujo externo, sobre éstos, y los dos flujos deben considerarse en el análisis del intercambiador. Para el número de Nusselt promedio en lo relativo al flujo cruzado sobre un cilindro, se presenta la ecuación propuesta por Churchill y Bernstein :

31. En la Tabla 1-5 se dan valores típicos de h:

32. BIBLIOGRAFÍA Kern, D. Q. (1998). Procesos de transferencia de calor . 2° Edición . México: C.E.C.S.A. Holman , J. P. (1999). Transferencia de calor . México: C.E.C.S.A. Ҫ engel , Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa. 3ª edición . México: McGraw-Hill.