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

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Además, si la temperatura de la pared de la tubería Ts es uniforme sobre su
longitud y el flujo es laminar (Re D < 2300), entonces el coeficiente de transferencia de
calor lejos de la entrada de la tubería, está dado por la relación exacta
k
hc = 3,66
(3.15)
D
Donde k es la conductividad térmica del fluido y D es el diámetro de la tubería.
Nótese que el coeficiente de transferencia de calor es directamente proporcional a la
conductividad térmica, inversamente proporcional al diámetro de la tubería y, lo que
quizás cause sorpresa, independiente de la velocidad de flujo. Por otro lado, en el caso
de un flujo totalmente turbulento (Re D ≥ 10000), h c se expresa de manera aproximada
con la siguiente correlación bastante complicada de datos experimentales
( ρCp)
0.4
0.8 0.6
V K
hc = 0.023
(3.16)
0.2 0.4
D v
En contraste con el caso del flujo laminar, ahora h c depende fuertemente de la
velocidad V, pero débilmente del diámetro. Otras propiedades del fluido que interviene
en la relación, además de la conductividad térmica, son: la viscosidad cinemática v; la
densidad ρ y el calor especifico Cp. Las ecuaciones 3.15 y 3.16 sólo son válidas a
cierta distancia de la entrada del tubo e indican que, dicha región, el coeficiente de
transferencia de calor no depende de la posición a lo largo del tubo. Cerca de la
entrada los coeficientes de transferencia de calor tienden a ser más elevados debido a
la producción de vértices a gran escala por desviaciones y esquinas pronunciadas, y a
los efectos del calentamiento repentino del fluido.
En general, un coeficiente de transferencia de calor elevado está asociado con
altas conductividades térmicas de los fluidos, altas velocidades de flujo y superficies
pequeñas. Sin embargo, los altos coeficientes de transferencia de calor para el agua en
ebullición y el vapor en condensación tienen otra causa: la elevada entalpía de cambio
de fase (calor latente) es un factor determinante.
La complejidad de la mayoría de los casos en que los que interviene la
transferencia de calor por convección hace imposible un análisis exacto y el ingeniero
deberá utilizar correlaciones, procedentes por ejemplo de laboratorios de investigación
en distintos países. Además, es importante saber que las correlaciones antiguas
pueden sustituirse con otras recientes, basadas en datos experimentales más exactos o
completos. Los coeficientes de transferencia de calor que se calculan a partir de
correlaciones distintas no suelen variar en más de un 20%, pero en circunstancias más
complicadas las discrepancias pueden ser mayores. Por lo que la solución de los