Análisis de ingeniería a un sistema de calefacción mediante aceite ...

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Figura 3.6. Esquema de la transferencia de calor convectiva a un fluido a temperatura
Te que fluye con velocidad V sobre una superficie a la temperatura Ts
Las velocidades de transferencia de calor tienden a ser mayores en los flujos
turbulentos que en los laminares, debido a la mezcla violenta que sufre el fluido.
En general, la velocidad de transferencia de calor por convección es una función
complicada de la geometría y la temperatura de la superficie, de la temperatura y la
velocidad del fluido y de las propiedades termo-físicas de éste. En el caso de un flujo
forzado externo, la velocidad de transferencia de calor es aproximadamente
proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie Ts y la temperatura de la
corriente libre del fluido Te. La constante de proporcionalidad se conoce como
coeficiente de transferencia de calor por convección h c :
qs
= hcΔT
(3.14)
Donde ΔT = Ts – Te, q s es el flujo de calor de la superficie al fluido [W/m 2 ] y h c
tiene unidades de [W/m 2 ºk]. Esta ecuación suele llamarse ley de enfriamiento de
Newton, aunque más bien se trata de una definición de h c y no verdaderamente una ley
de física.
La situación es más complicada en el caso de la convección natural. Si el flujo es
laminar, q s varía como ΔT 5/4 ; si el flujo es turbulento, varía como ΔT 4/3 . De cualquier
manera, resulta conveniente definir un coeficiente de transferencia de calor por medio
de la ecuación; entonces h c varia como ΔT 1/4 en flujos laminares y como ΔT 1/3 en flujos
turbulentos.
Un problema de importancia práctica es el de transferencia de calor por
convección a un fluido que circula por dentro de una tubería, como suele ocurrir en los
intercambiadores de calor, condensadores y en varios tipos de calderas. Cuando se usa
la ecuación para flujos internos, ΔT = Ts – T b , donde T b es una temperatura media del
fluido, la cual se conoce como temperatura de masa o temperatura media de mezcla.