Coeficiente de transmisión de calor y balance macroscópico de energía TEMA 9 Coeficiente de transmisión de calor y balance macroscópico de energía Balance macroscópico de energía. Transporte de energía: Coeficiente de transmisión de calor. Correlación de valores experimentales. Ordenes de magnitud. Ecuaciones de correlación. Coeficiente global de transmisión de calor.
Balance macroscópico de energía De forma más compacta:
En régimen estacionario (w1 = w2): Simplificaciones habituales en procesos con transmisión de calor/trabajo: Efectos de energía cinética, potencial y trabajo despreciables. Para evaluar el término de entalpía:
Ejemplo: Mezcla de dos corrientes de gases ideales Régimen turbulento. Estado estacionario. Balance de materia: Balance de cdm: Balance de energía: Ecuación de estado:
Transporte de energía: Coeficiente de transmisión de calor Q = Flujo de calor en la interfase, h = coeficiente de transmisión de calor, A = superficie, DT = diferencia característica de temperatura. Definición 1) Flujo en conducciones FLUJO To1 To2 Tb1 Tb2 Posibles definiciones del coeficiente:
2) Flujo alrededor de cuerpos sumergidos Correlación de valores experimentales de coeficientes de transmisión de calor: análisis dimensional. PROBLEMA: Convección forzada en tubos. Flujo estacionario. Perfil de velocidad a la entrada conocido: v1(r, ). Temperatura en la pared constante: To (> Tb1). Propiedades físicas constantes: , µ, Cp, k. Flujo de calor en la pared:
Variables adimensionales: Número de Nusselt: Cálculo del perfil de temperatura: Ecs. adimensionales de continuidad, movimiento y energía: Condiciones límite: Resolviendo e integrando: Para perfiles de velocidad desarrollados:
Ordenes de magnitud de los coeficientes de transmisión de calor
Algunas ecuaciones de correlación
Coeficiente global de transmisión de calor Coeficiente global (definición sobre la superficie fría): Fluido Caliente TC Fluido Frío Pared T1 T2 TF Etapas individuales en serie: Reordenando: