Coeficiente de transferencia de calor

Cantidad que relaciona el flujo de calor y la diferencia de temperatura

En termodinámica , el coeficiente de transferencia de calor o coeficiente de película , o efectividad de película , es la constante de proporcionalidad entre el flujo de calor y la fuerza impulsora termodinámica para el flujo de calor (es decir, la diferencia de temperatura , Δ T ). Se utiliza para calcular la transferencia de calor , típicamente por convección o transición de fase entre un fluido y un sólido. El coeficiente de transferencia de calor tiene unidades del SI en vatios por metro cuadrado por kelvin (W/m ² K).

La tasa de transferencia de calor total para modos combinados se expresa generalmente en términos de conductancia total o coeficiente de transferencia de calor, U . En ese caso, la tasa de transferencia de calor es:

${\displaystyle {\dot {Q}}=hA(T_{2}-T_{1})}$

donde (en unidades SI):

${\displaystyle {\dot {Q}}}$: Tasa de transferencia de calor (W)

${\displaystyle h}$: Coeficiente de transferencia de calor (W/m²K)

${\displaystyle A}$: superficie donde se produce la transferencia de calor (m²)

${\displaystyle T_{2}}$: temperatura del fluido circundante (K)

${\displaystyle T_{1}}$:temperatura de la superficie sólida (K)

La definición general del coeficiente de transferencia de calor es:

${\displaystyle h={\frac {q}{\Delta T}}}$

dónde:

${\displaystyle q}$: flujo de calor (W/m²); es decir, potencia térmica por unidad de área , ${\displaystyle q=d{\dot {Q}}/dA}$

${\displaystyle \Delta T}$: diferencia de temperatura entre la superficie sólida y el área del fluido circundante (K)

El coeficiente de transferencia de calor es el inverso del aislamiento térmico . Se utiliza para materiales de construcción ( valor R ) y para el aislamiento de prendas de vestir .

Existen numerosos métodos para calcular el coeficiente de transferencia de calor en diferentes modos de transferencia de calor, diferentes fluidos, regímenes de flujo y bajo diferentes condiciones termohidráulicas . A menudo se puede estimar dividiendo la conductividad térmica del fluido de convección por una escala de longitud. El coeficiente de transferencia de calor se calcula a menudo a partir del número de Nusselt (un número adimensional ). También hay calculadoras en línea disponibles específicamente para aplicaciones de fluidos de transferencia de calor . La evaluación experimental del coeficiente de transferencia de calor plantea algunos desafíos, especialmente cuando se deben medir flujos pequeños (por ejemplo, < 0,2 W/cm ² ). ^{[1] [2]}

Composición

A continuación se muestra un método simple para determinar un coeficiente de transferencia de calor general que resulta útil para encontrar la transferencia de calor entre elementos simples, como las paredes de los edificios o a través de intercambiadores de calor. Este método solo tiene en cuenta la conducción dentro de los materiales, no tiene en cuenta la transferencia de calor a través de métodos como la radiación. El método es el siguiente:

${\displaystyle {\frac {1}{U\cdot A}}={\frac {1}{h_{1}\cdot A_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k\cdot A}}+{\frac {1}{h_{2}\cdot A_{2}}}}$

Dónde:

${\displaystyle U}$= el coeficiente global de transferencia de calor (W/(m ² ·K))

${\displaystyle A}$= el área de contacto para cada lado del fluido (m ² ) (con y expresando cualquiera de las superficies) ${\displaystyle A_{1}}$ ${\displaystyle A_{2}}$

${\displaystyle k}$= la conductividad térmica del material (W/(m·K))

${\displaystyle h}$= el coeficiente de transferencia de calor por convección individual para cada fluido (W/(m ² ·K))

${\displaystyle dx_{w}}$= el espesor de la pared (m).

Como las áreas de cada superficie se acercan a ser iguales, la ecuación se puede escribir como el coeficiente de transferencia por unidad de área como se muestra a continuación:

${\displaystyle {\frac {1}{U}}={\frac {1}{h_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k}}+{\frac {1}{h_{2}}}}$

o

${\displaystyle U={\frac {1}{{\frac {1}{h_{1}}}+{\frac {dx_{w}}{k}}+{\frac {1}{h_{2}}}}}}$

A menudo, el valor se conoce como la diferencia de dos radios, donde los radios interno y externo se utilizan para definir el espesor de una tubería que transporta un fluido; sin embargo, esta cifra también puede considerarse como el espesor de una pared en un mecanismo de transferencia de placa plana u otras superficies planas comunes, como una pared en un edificio, cuando la diferencia de área entre cada borde de la superficie de transmisión se acerca a cero. ${\displaystyle dx_{w}}$

En las paredes de los edificios, la fórmula anterior se puede utilizar para obtener la fórmula que se utiliza habitualmente para calcular el calor que pasa a través de los componentes del edificio. Los arquitectos e ingenieros denominan a los valores resultantes el valor U o el valor R de un conjunto de construcción como una pared. Cada tipo de valor (R o U) está relacionado como el inverso de cada uno de ellos, de modo que el valor R = 1/valor U y ambos se entienden mejor a través del concepto de coeficiente de transferencia de calor general que se describe en la sección inferior de este documento.

Correlaciones de transferencia de calor por convección

Aunque la transferencia de calor por convección se puede derivar analíticamente a través del análisis dimensional, el análisis exacto de la capa límite, el análisis integral aproximado de la capa límite y las analogías entre la transferencia de energía y momento, estos enfoques analíticos pueden no ofrecer soluciones prácticas a todos los problemas cuando no hay modelos matemáticos aplicables. Por lo tanto, varios autores desarrollaron muchas correlaciones para estimar el coeficiente de transferencia de calor por convección en varios casos, incluida la convección natural, la convección forzada para el flujo interno y la convección forzada para el flujo externo. Estas correlaciones empíricas se presentan para su geometría y condiciones de flujo particulares. Como las propiedades del fluido dependen de la temperatura, se evalúan a la temperatura de la película , que es el promedio de la superficie y la temperatura del volumen circundante, . ${\displaystyle T_{f}}$ ${\displaystyle T_{s}}$ ${\displaystyle {{T}_{\infty }}}$

${\displaystyle {{T}_{f}}={\frac {{{T}_{s}}+{{T}_{\infty }}}{2}}}$

Flujo externo, plano vertical

Las recomendaciones de Churchill y Chu proporcionan la siguiente correlación para la convección natural adyacente a un plano vertical, tanto para flujo laminar como turbulento. ^{[3] [4]} k es la conductividad térmica del fluido, L es la longitud característica con respecto a la dirección de la gravedad, Ra _L es el número de Rayleigh con respecto a esta longitud y Pr es el número de Prandtl (el número de Rayleigh se puede escribir como el producto del número de Grashof y el número de Prandtl).

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}\left({0.825+{\frac {0.387\mathrm {Ra} _{L}^{1/6}}{\left(1+(0.492/\mathrm {Pr} )^{9/16}\right)^{8/27}}}}\right)^{2}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}<10^{12}}$

Para flujos laminares, la siguiente correlación es ligeramente más precisa. Se observa que se produce una transición de un límite laminar a uno turbulento cuando Ra _L supera aproximadamente 10 ⁹ .

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}\left(0.68+{\frac {0.67\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{\left(1+(0.492/\mathrm {Pr} )^{9/16}\right)^{4/9}}}\right)\,\quad \mathrm {1} 0^{-1}<\mathrm {Ra} _{L}<10^{9}}$

Flujo externo, cilindros verticales

Para cilindros con sus ejes verticales, se pueden utilizar las expresiones para superficies planas siempre que el efecto de curvatura no sea demasiado significativo. Esto representa el límite donde el espesor de la capa límite es pequeño en relación con el diámetro del cilindro . Para fluidos con Pr ≤ 0,72, se pueden utilizar las correlaciones para paredes planas verticales cuando ^[5] ${\displaystyle D}$

${\displaystyle {\frac {D}{L}}\geq {\frac {35}{\mathrm {Gr} _{L}^{\frac {1}{4}}}}}$

¿Dónde está el número de Grashof ? ${\displaystyle \mathrm {Gr} _{L}}$

Y en fluidos de Pr ≤ 6 cuando

${\displaystyle {\frac {D}{L}}\geq {\frac {25.1}{\mathrm {Gr} _{L}^{\frac {1}{4}}}}}$

En estas circunstancias, el error se limita al 5,5%.

Flujo externo, placas horizontales

WH McAdams sugirió las siguientes correlaciones para las placas horizontales. ^[6] La flotabilidad inducida será diferente dependiendo de si la superficie caliente está orientada hacia arriba o hacia abajo.

Para una superficie caliente hacia arriba o una superficie fría hacia abajo, para flujo laminar:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.54\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{L}}\,\quad 10^{5}<\mathrm {Ra} _{L}<2\times 10^{7}}$

y para flujo turbulento:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.14\mathrm {Ra} _{L}^{1/3}}{L}}\,\quad 2\times 10^{7}<\mathrm {Ra} _{L}<3\times 10^{10}.}$

Para una superficie caliente hacia abajo o una superficie fría hacia arriba, para flujo laminar:

${\displaystyle h\ ={\frac {k0.27\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}}{L}}\,\quad 3\times 10^{5}<\mathrm {Ra} _{L}<3\times 10^{10}.}$

La longitud característica es la relación entre el área de la superficie de la placa y su perímetro. Si la superficie está inclinada en un ángulo θ con respecto a la vertical, se pueden utilizar las ecuaciones para una placa vertical de Churchill y Chu para θ hasta 60°; si el flujo de la capa límite es laminar, la constante gravitacional g se reemplaza por g cos  θ al calcular el término Ra.

Flujo externo, cilindro horizontal

Para cilindros de longitud suficiente y efectos finales despreciables, Churchill y Chu tienen la siguiente correlación para . ${\displaystyle 10^{-5}<\mathrm {Ra} _{D}<10^{12}}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{D}}\left({0.6+{\frac {0.387\mathrm {Ra} _{D}^{1/6}}{\left(1+(0.559/\mathrm {Pr} )^{9/16}\,\right)^{8/27}\,}}}\right)^{2}}$

Flujo externo, esferas

Para las esferas, T. Yuge tiene la siguiente correlación para Pr≃1 y . ^[7] ${\displaystyle 1\leq \mathrm {Ra} _{D}\leq 10^{5}}$

${\displaystyle {\mathrm {Nu} }_{D}\ =2+0.43\mathrm {Ra} _{D}^{1/4}}$

Recinto rectangular vertical

Para el flujo de calor entre dos placas verticales opuestas de recintos rectangulares, Catton recomienda las dos correlaciones siguientes para relaciones de aspecto más pequeñas. ^[8] Las correlaciones son válidas para cualquier valor del número de Prandtl.

Para  : ${\displaystyle 1<{\frac {H}{L}}<2}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.18\left({\frac {\mathrm {Pr} }{0.2+\mathrm {Pr} }}\mathrm {Ra} _{L}\right)^{0.29}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}\mathrm {Pr} /(0.2+\mathrm {Pr} )>10^{3}}$

donde H es la altura interior del recinto y L es la distancia horizontal entre los dos lados de diferentes temperaturas.

Para  : ${\displaystyle 2<{\frac {H}{L}}<10}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.22\left({\frac {\mathrm {Pr} }{0.2+\mathrm {Pr} }}\mathrm {Ra} _{L}\right)^{0.28}\left({\frac {H}{L}}\right)^{-1/4}\,\quad \mathrm {Ra} _{L}<10^{10}.}$

Para recintos verticales con relaciones de aspecto mayores, se pueden utilizar las dos correlaciones siguientes. ^[8] Para 10 < H / L < 40:

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.42\mathrm {Ra} _{L}^{1/4}\mathrm {Pr} ^{0.012}\left({\frac {H}{L}}\right)^{-0.3}\,\quad 1<\mathrm {Pr} <2\times 10^{4},\,\quad 10^{4}<\mathrm {Ra} _{L}<10^{7}.}$

Para  : ${\displaystyle 1<{\frac {H}{L}}<40}$

${\displaystyle h\ ={\frac {k}{L}}0.46\mathrm {Ra} _{L}^{1/3}\,\quad 1<\mathrm {Pr} <20,\,\quad 10^{6}<\mathrm {Ra} _{L}<10^{9}.}$

Para las cuatro correlaciones, las propiedades del fluido se evalúan a la temperatura promedio (a diferencia de la temperatura de la película) , donde y son las temperaturas de las superficies verticales y . ${\displaystyle (T_{1}+T_{2})/2}$ ${\displaystyle T_{1}}$ ${\displaystyle T_{2}}$ ${\displaystyle T_{1}>T_{2}}$

Convección forzada

Consulte el artículo principal Número de Nusselt y ecuación de Churchill-Bernstein para convección forzada sobre un cilindro horizontal.

Flujo interno, flujo laminar

Sieder y Tate dan la siguiente correlación para tener en cuenta los efectos de entrada en el flujo laminar en tubos, donde es el diámetro interno, es la viscosidad del fluido a la temperatura media en masa, es la viscosidad a la temperatura de la superficie de la pared del tubo. ^[7] ${\displaystyle D}$ ${\displaystyle {\mu }_{b}}$ ${\displaystyle {\mu }_{w}}$

${\displaystyle \mathrm {Nu} _{D}={1.86}\cdot {{\left(\mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \right)}^{{}^{1}\!\!\diagup \!\!{}_{3}\;}}{{\left({\frac {D}{L}}\right)}^{{}^{1}\!\!\diagup \!\!{}_{3}\;}}{{\left({\frac {{\mu }_{b}}{{\mu }_{w}}}\right)}^{0.14}}}$

Para un flujo laminar completamente desarrollado, el número de Nusselt es constante e igual a 3,66. Mills combina los efectos de entrada y el flujo completamente desarrollado en una sola ecuación

${\displaystyle \mathrm {Nu} _{D}=3.66+{\frac {0.065\cdot \mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \cdot {\frac {D}{L}}}{1+0.04\cdot \left(\mathrm {Re} \cdot \mathrm {Pr} \cdot {\frac {D}{L}}\right)^{2/3}}}}$^[9]

Flujo interno, flujo turbulento

La correlación de Dittus-Bölter (1930) es una correlación común y particularmente simple que resulta útil para muchas aplicaciones. Esta correlación es aplicable cuando la convección forzada es el único modo de transferencia de calor; es decir, no hay ebullición, condensación, radiación significativa, etc. Se prevé que la precisión de esta correlación sea de ±15%.

Para un fluido que fluye en una tubería circular recta con un número de Reynolds entre 10.000 y 120.000 (en el rango de flujo turbulento en tuberías), cuando el número de Prandtl del fluido está entre 0,7 y 120, para una ubicación alejada de la entrada de la tubería (más de 10 diámetros de tubería; más de 50 diámetros según muchos autores ^[10] ) u otras perturbaciones del flujo, y cuando la superficie de la tubería es hidráulicamente lisa, el coeficiente de transferencia de calor entre la masa del fluido y la superficie de la tubería se puede expresar explícitamente como:

${\displaystyle {hd \over k}={0.023}\,\left({jd \over \mu }\right)^{0.8}\,\left({\mu c_{p} \over k}\right)^{n}}$

dónde:

${\displaystyle d}$es el diámetro hidráulico

${\displaystyle k}$es la conductividad térmica del fluido a granel

${\displaystyle \mu }$es la viscosidad del fluido

${\displaystyle j}$es el flujo de masa

${\displaystyle c_{p}}$es la capacidad calorífica isobárica del fluido

${\displaystyle n}$es 0,4 para calefacción (pared más caliente que el fluido a granel) y 0,33 para refrigeración (pared más fría que el fluido a granel). ^[11]

Las propiedades del fluido necesarias para la aplicación de esta ecuación se evalúan a temperatura ambiente, evitando así la iteración.

Convección forzada, flujo externo

Al analizar la transferencia de calor asociada con el flujo que pasa por la superficie exterior de un sólido, la situación se complica por fenómenos como la separación de la capa límite. Varios autores han correlacionado diagramas y gráficos para diferentes geometrías y condiciones de flujo. Para el flujo paralelo a una superficie plana, donde es la distancia desde el borde y es la altura de la capa límite, se puede calcular un número de Nusselt medio utilizando la analogía de Colburn . ^[7] ${\displaystyle x}$ ${\displaystyle L}$

Correlación de Thom

Existen correlaciones simples específicas de cada fluido para el coeficiente de transferencia de calor en ebullición. La correlación de Thom es para el flujo de agua hirviendo (subenfriada o saturada a presiones de hasta aproximadamente 20 MPa) en condiciones donde la contribución de la ebullición nucleada predomina sobre la convección forzada. Esta correlación es útil para la estimación aproximada de la diferencia de temperatura esperada dado el flujo de calor: ^[12]

${\displaystyle \Delta T_{\rm {sat}}=22.5\cdot {q}^{0.5}\exp(-P/8.7)}$

dónde:

${\displaystyle \Delta T_{\rm {sat}}}$es la elevación de la temperatura de la pared por encima de la temperatura de saturación, K

q es el flujo de calor, MW/ ^m2

P es la presión del agua, MPa

Esta correlación empírica es específica de las unidades dadas.

Coeficiente de transferencia de calor de la pared de la tubería

La resistencia al flujo de calor por parte del material de la pared de la tubería se puede expresar como un "coeficiente de transferencia de calor de la pared de la tubería". Sin embargo, es necesario seleccionar si el flujo de calor se basa en el diámetro interior o exterior de la tubería. Si se selecciona basar el flujo de calor en el diámetro interior de la tubería y se supone que el espesor de la pared de la tubería es pequeño en comparación con el diámetro interior de la tubería, entonces el coeficiente de transferencia de calor para la pared de la tubería se puede calcular como si la pared no fuera curva ^{[ cita requerida ]} :

${\displaystyle h_{\rm {wall}}={2k \over x}}$

dónde

${\displaystyle k}$es la conductividad térmica efectiva del material de la pared

${\displaystyle x}$es la diferencia entre el diámetro exterior e interior.

Si la suposición anterior no se cumple, entonces el coeficiente de transferencia de calor de la pared se puede calcular utilizando la siguiente expresión:

${\displaystyle h_{\rm {wall}}={2k \over {d_{\rm {i}}\ln(d_{\rm {o}}/d_{\rm {i}})}}}$

dónde

${\displaystyle d_{i}}$= diámetro interior de la tubería [m]

${\displaystyle d_{o}}$= diámetro exterior de la tubería [m]

La conductividad térmica del material del tubo generalmente depende de la temperatura; a menudo se utiliza la conductividad térmica media.

Combinación de coeficientes de transferencia de calor por convección

Para dos o más procesos de transferencia de calor que actúan en paralelo, los coeficientes de transferencia de calor convectivos simplemente se suman:

${\displaystyle h=h_{1}+h_{2}+\cdots }$

Para dos o más procesos de transferencia de calor conectados en serie, los coeficientes de transferencia de calor convectivos se suman inversamente: ^[13]

${\displaystyle {1 \over h}={1 \over h_{1}}+{1 \over h_{2}}+\dots }$

Por ejemplo, considere una tubería con un fluido fluyendo por dentro. La tasa aproximada de transferencia de calor entre la masa del fluido dentro de la tubería y la superficie externa de la tubería es: ^[14]

${\displaystyle q=\left({1 \over {{1 \over h}+{t \over k}}}\right)\cdot A\cdot \Delta T}$

dónde

${\displaystyle q}$= tasa de transferencia de calor (W)

${\displaystyle h}$= coeficiente de transferencia de calor por convección (W/(m²·K))

${\displaystyle t}$= espesor de pared (m)

${\displaystyle k}$= conductividad térmica de la pared (W/m·K)

${\displaystyle A}$= área (m²)

${\displaystyle \Delta T}$= diferencia de temperatura (K)

Coeficiente general de transferencia de calor

El coeficiente de transferencia de calor global es una medida de la capacidad general de una serie de barreras conductoras y convectivas para transferir calor. Se aplica comúnmente al cálculo de la transferencia de calor en intercambiadores de calor , pero se puede aplicar igualmente bien a otros problemas. ${\displaystyle U}$

Para el caso de un intercambiador de calor, se puede utilizar para determinar la transferencia de calor total entre las dos corrientes en el intercambiador de calor la siguiente relación: ${\displaystyle U}$

${\displaystyle q=UA\Delta T_{LM}}$

dónde:

${\displaystyle q}$= tasa de transferencia de calor (W)

${\displaystyle U}$= coeficiente global de transferencia de calor (W/(m ² ·K))

${\displaystyle A}$= área superficial de transferencia de calor (m ² )

${\displaystyle \Delta T_{LM}}$= diferencia de temperatura media logarítmica (K).

El coeficiente de transferencia de calor global tiene en cuenta los coeficientes de transferencia de calor individuales de cada corriente y la resistencia del material de la tubería. Se puede calcular como el recíproco de la suma de una serie de resistencias térmicas (pero existen relaciones más complejas, por ejemplo, cuando la transferencia de calor se produce por diferentes vías en paralelo):

${\displaystyle {\frac {1}{UA}}=\sum {\frac {1}{hA}}+\sum R}$

dónde:

R = Resistencia(s) al flujo de calor en la pared de la tubería (K/W)

Los demás parámetros son los indicados anteriormente. ^[15]

El coeficiente de transferencia de calor es el calor transferido por unidad de área por kelvin. Por lo tanto, el área se incluye en la ecuación, ya que representa el área sobre la que se produce la transferencia de calor. Las áreas para cada flujo serán diferentes, ya que representan el área de contacto para cada lado del fluido.

La resistencia térmica debida a la pared de la tubería (para paredes delgadas) se calcula mediante la siguiente relación:

${\displaystyle R={\frac {x}{kA}}}$

dónde

${\displaystyle x}$= el espesor de la pared (m)

${\displaystyle k}$= la conductividad térmica del material (W/(m·K))

Esto representa la transferencia de calor por conducción en la tubería.

La conductividad térmica es una característica de un material en particular. Los valores de conductividad térmica de varios materiales se enumeran en la lista de conductividades térmicas .

Como se mencionó anteriormente en el artículo, el coeficiente de transferencia de calor por convección para cada corriente depende del tipo de fluido, las propiedades del flujo y las propiedades de temperatura.

Algunos coeficientes típicos de transferencia de calor incluyen:

• Aire - h = 10 a 100 W/(m ² K)
• Agua - h = 500 a 10.000 W/(m ² K).

Resistencia térmica debido a depósitos de suciedad

A menudo, durante su uso, los intercambiadores de calor acumulan una capa de suciedad en la superficie que, además de contaminar potencialmente una corriente, reduce la eficacia de los intercambiadores de calor. En un intercambiador de calor sucio, la acumulación en las paredes crea una capa adicional de materiales a través de la cual debe fluir el calor. Debido a esta nueva capa, existe una resistencia adicional dentro del intercambiador de calor y, por lo tanto, se reduce el coeficiente general de transferencia de calor del intercambiador. La siguiente relación se utiliza para calcular la resistencia a la transferencia de calor con la resistencia adicional a la suciedad: ^[16]

${\displaystyle {\frac {1}{U_{f}P}}}$= ${\displaystyle {\frac {1}{UP}}+{\frac {R_{fH}}{P_{H}}}+{\frac {R_{fC}}{P_{C}}}}$

dónde

${\displaystyle U_{f}}$= coeficiente general de transferencia de calor para un intercambiador de calor sucio, ${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{m^{2}K}}}}$

${\displaystyle P}$= perímetro del intercambiador de calor, puede ser el perímetro del lado caliente o frío, sin embargo, debe ser el mismo perímetro en ambos lados de la ecuación, ${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle U}$= coeficiente de transferencia de calor global para un intercambiador de calor sin suciedad, ${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{m^{2}K}}}}$

${\displaystyle R_{fC}}$= resistencia a la suciedad en el lado frío del intercambiador de calor, ${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {m^{2}K}{W}}}}$

${\displaystyle R_{fH}}$= resistencia a la suciedad en el lado caliente del intercambiador de calor, ${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {m^{2}K}{W}}}}$

${\displaystyle P_{C}}$= perímetro del lado frío del intercambiador de calor, ${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle P_{H}}$= perímetro del lado caliente del intercambiador de calor, ${\displaystyle {\rm {m}}}$

Esta ecuación utiliza el coeficiente de transferencia de calor general de un intercambiador de calor sin suciedad y la resistencia a la suciedad para calcular el coeficiente de transferencia de calor general de un intercambiador de calor sucio. La ecuación tiene en cuenta que el perímetro del intercambiador de calor es diferente en los lados frío y caliente. El perímetro utilizado no importa siempre que sea el mismo. Los coeficientes de transferencia de calor generales se ajustarán para tener en cuenta que se utilizó un perímetro diferente, ya que el producto seguirá siendo el mismo. ${\displaystyle P}$ ${\displaystyle UP}$

Las resistencias a la suciedad se pueden calcular para un intercambiador de calor específico si se conocen el espesor promedio y la conductividad térmica de la suciedad. El producto del espesor promedio y la conductividad térmica dará como resultado la resistencia a la suciedad en un lado específico del intercambiador de calor. ^[16]

${\displaystyle R_{f}}$= ${\displaystyle {\frac {d_{f}}{k_{f}}}}$

dónde:

${\displaystyle d_{f}}$= espesor medio de las incrustaciones en un intercambiador de calor, ${\displaystyle {\rm {m}}}$

${\displaystyle k_{f}}$= conductividad térmica de la suciedad, . ${\displaystyle \textstyle {\rm {\frac {W}{mK}}}}$

Véase también

• Transferencia de calor por convección
• Disipador de calor
• Convección
• Ecuación de Churchill-Bernstein
• Calor
• Bomba de calor
• Diagrama de Heisler
• Conductividad térmica
• Termohidráulica
• Número de Biot
• Número de Fourier
• Número de Nusselt

Referencias

1. Chiavazzo, Eliodoro; Ventola, Luigi; Calignano, Flaviana; Manfredi, Diego; Asinari, Pietro (2014). "Un sensor para la medición directa de pequeños flujos de calor convectivo: validación y aplicación a superficies microestructuradas" (PDF) . Experimental Thermal and Fluid Science . 55 : 42–53. doi :10.1016/j.expthermflusci.2014.02.010.
2. Maddox, DE; Mudawar, I. (1989). "Transferencia de calor convectiva monofásica y bifásica a partir de fuentes de calor microelectrónicas suaves y mejoradas en un canal rectangular". Journal of Heat Transfer . 111 (4): 1045–1052. doi :10.1115/1.3250766.
3. Churchill, Stuart W.; Chu, Humbert HS (noviembre de 1975). "Ecuaciones de correlación para convección libre laminar y turbulenta desde una placa vertical". Revista internacional de transferencia de calor y masa . 18 (11): 1323–1329. doi :10.1016/0017-9310(75)90243-4.
4. Sukhatme, SP (2005). Un libro de texto sobre transferencia de calor (cuarta edición). Universities Press. págs. 257-258. ISBN 978-8173715440.
5. Popiel, Czeslaw O. (2008). "Transferencia de calor por convección libre desde cilindros verticales delgados: una revisión". Ingeniería de transferencia de calor . 29 (6): 521–536. doi :10.1080/01457630801891557.
6. McAdams, William H. (1954). Heat Transmission (Tercera edición). Nueva York: McGraw-Hill. pág. 180.
7. James R. Welty; Charles E. Wicks; Robert E. Wilson; Gregory L. Rorrer (2007). Fundamentos de transferencia de momento, calor y masa (5.ª ed.). John Wiley and Sons. ISBN 978-0470128688.
8. Çengel, Yunus. Transferencia de calor y masa (Segunda ed.). McGraw-Hill. pág. 480.
9. Subramanian, R. Shankar. "Transferencia de calor en el flujo a través de conductos" (PDF) . clarkson.edu .
10. SS Kutateladze; VM Borishanskii (1966). Una enciclopedia concisa de transferencia de calor . Pergamon Press.
11. F. Kreith , ed. (2000). El manual CRC de ingeniería térmica . CRC Press.
12. W. Rohsenow; J. Hartnet; Y. Cho (1998). Manual de transferencia de calor (3.ª ed.). McGraw-Hill.
13. Esta relación es similar a la media armónica ; sin embargo, no se multiplica por el número n de términos.
14. "Transferencia de calor entre la mayor parte del fluido dentro de la tubería y la superficie externa de la tubería". Physics Stack Exchange . 15 de diciembre de 2014 . Consultado el 15 de diciembre de 2014 .
15. Coulson y Richardson, "Ingeniería química", Volumen 1, Elsevier, 2000
16. AF Mills (1999). Transferencia de calor (segunda edición). Prentice Hall, Inc.

Enlaces externos

• Coeficientes generales de transferencia de calor
• Tabla y ecuación de coeficientes generales de transferencia de calor
• Correlaciones para la transferencia de calor por convección
• ThermoTurb: una calculadora de coeficientes de transferencia de calor