Transferencia de Calor

El valor del número de Nusselt para transferencia de calor de superficies horizontales depende de que la placa este caliente o fría en relación con el fluido ambiente. Cuando la dirección del flujo de calor es la misma que la de fuerza de flotamiento, que apunta verticalmente hacia arriba, el valor del número de Nusselt es mayor que en caso en que las direcciones del flujo de calor y de la fuerza de flotamiento sean opuestas. Hasta tiempos recientes la longitud característica para correlacionar los datos fue: a) la longitud de laod en el caso de un cuadrado, b) el promedio de los dos lados en el caso de un rectángulo y c) 0.90D para un disco circular con diámetro D. Recientemente Goldstein, Sparrow y Jones propusieron la definición siguiente de longitud caracteristica: Lc = área de la superficie de la placa plana/ perímetro de la placa plana  (9-22) Ellos mostraron que el uso de la longitud característica, según se define en la ecuación anterior, hace posible correlacionar lo...

Si ΔTes 200°F para convección natural de una pared vertical que tiene 2 pies de alto y si la temperatura promedio del aire, Tf, es de 100°F, determine el coeficiente de transferencia de calor. Solución:

Determine el coeficiente de transferencia de calor promedio, hpromedio, para la convección natural según los datos del problema muestra 9-1, pero utilizando la ecuación (9-21). Solución

Se han utilizado con gran amplitud correlaciones para transferencia de calor debida a convección natural de placas verticales isométricas, recomendadas por McAdams dichas correlaciones se basan en la altura de la placa como dimensión característica, Lc. Las correlaciones para diferentes rangos del número de Rayleigh son:

Para paredes isotérmicas el exponente n es comúnmente de 1/4 para flujo laminar y de 1/3 para flujo turbulento. En el último caso, no importa que la dimensión se use para la longitud caracteristica en Nu y Gr, ya que las longitudes en Nu y en (GrPr)^1/3 se cancelan. Esto significa que para flujo turbulento, el coeficiente convectivo de transferencia de calor es independiente de la longitud característica. Como se observó al principio, el coeficiente de expansión térmica β, que aparece en el número de GRashof, es igual al recíproco de la temperatura del fluido ambiente. Otras propiedades del fluido tales, como viscosidad, conductividad térmica, etc., que aparecen en estos grupos sin dimensiones, se evalúan a una temperatura igual a la media aritmética de la temperatura de la pared, Tw, y la temperatura del fluido ambiente, T∞. A esta temperatura promedio se le llama temperatura de la película, Tf. Placas verticales, placas horizontales, cilindros, esferas, y espacios encerrados, son a...

Gran parte de las correlaciones que se usan para los cálculos en diseño para transferencia de calor que involucran convección natural se basan en resultados experimentales. Las correlaciones consisten en una relación funcional entre el número de Nusselt y el producto del número de Grashof y el número de Prandtl. Como se observó al principio, el producto del número de Grashof y el número de Prandtl se conoce como el número de Rayleigh, Ra. Hemos visto en el análisis de convección natural sobre una pared vertical que los grupos sin dimensiones mencionados son los más pertinentes. La relación es usualmente de la forma:

Se debe observar que un interferómetro es básicamente un instrumento que se usa para medir el indice retractivo. En gases el índice se relaciona con la densidad, de modo que se puede medir la densidad. Una vez que se conocen la densidad y la presión, se puede calcular la temperatura empleando la ecuación de estado. En las figuras 9-9 a 9-11 se muestran fotografías que se obtienen usando la técnica del interferómetro. Las lineas obscuras representan isotermas. Por lo tanto, una región de lineas obscuras muy juntas representa una región de cambios de temperatura rápidos, y, recíprocamente, una región de líneas obscuras muy separadas representa una región de cambios graduales de temperatura. En la figura 9-9 que ilustra el campo de temperatura en convección natural alrededor de una placa vertical, obsservamos cambios rápidos, y, recíprocamente, una región de líneas obscuras muy separadas representa una región de cambios graduales de temperatura. En la figura 9-9 que ilustra el campo de ...