Seufert García Jasmín. Ing. Química. ITM, 2014.

DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DEL COEFICIENTE DE

TRANSFERENCIA DE CALOR:

La transferencia de energía por convección es un fenómeno complicado donde participan

un gran número de efectos. El análisis debe de ser experimental y la correlación de las

observaciones será un acercamiento empírico a la ecuación que describa correctamente el

proceso. Una herramienta que es utilizada en fenómenos tan complicados es el análisis

dimensional.

Cada número adimensional es una medida del comportamiento del sistema en cierto

aspecto, por ejemplo el número adimensional conocido como Reynolds es una medida de la

importancia de las fuerzas inerciales frente a las viscosas de un fluido en condiciones

dadas. A través de las correlaciones se puede describir un fenómeno como la convección.

En las correlaciones para convección forzada participan cuatro números

adimensionales: Nu (número de Nusselt), Re (número de Reynolds), Pr (número de

Prandtl) y L/D (número adimensional relación entre largo y diámetro).

En buena parte de los casos el número de Nusselt para la convección forzada puede

ajustarse a una expresión de la forma:

Donde Nu está dado por:

Re está dado por:

Y Pr está dado por:

Donde α es la difusividad térmica del fluido. L es una dimensión característica del sistema

y cte, n y m son parámetros en función de la geometría y del rango de números de

Reynolds. Para los gases el número de Prandtl Pr apenas depende de la temperatura y en el

caso concreto del aire puede tomarse Pr = 0,7.

Seufert García Jasmín. Ing. Química. ITM, 2014.

El número de Nusselt, es la relación de transporte de calor convectivo a conductivo.

Puede ser también interpretado como una relación de gradientes de temperatura. El número

de Reynolds es la relación de las fuerzas del fluido inercial a viscosa, y el número de

Prandtl es la relación de momento a la difusión térmica.

Dependiendo del tipo de flujo (laminar o turbulento) y de la geometría de las

superficies se utilizan distintas expresiones para el número de Nusselt. Los fenómenos de

convección forzada sin cambio de fase pueden describirse a través de correlaciones que

vinculan los números adimensionales Nu, Re, Pr y L/D. Las correlaciones son de la forma:

A través de observaciones experimentales se han obtenido diferentes valores de los

coeficientes y exponentes. Una ecuación que se ajusta bien a los resultados experimentales

es la expresión de Colburn: (convección forzada en escurrimiento turbulento)

⁄ (para Re > 10,000)

En donde las propiedades del fluido son evaluadas a la llamada temperatura de film

que se calcula como la media aritmética entre la temperatura de pared y la media del fluido.

Una ecuación modificada es utilizar las propiedades del fluido a temperatura media del

mismo. Para este caso:

Y en el caso de un fluido viscoso o saltos de temperatura pared-fluido grandes debe

corregirse ésta última multiplicándola por el factor

siendo µl = viscosidad del

fluido a la temperatura del mismo y µw = viscosidad del fluido a la temperatura de las

paredes. Luego la expresión sería:

Además, para el caso de caños cortos (longitud < 60” Diámetro) por efectos de los

extremos interviene el factor adimensional (L/D).

Para convección forzada en escurrimiento laminar:

⁄

Recordando que el Nusselt es

se puede despejar el coeficiente de transferencia,

que es lo que nos interesa. Por ejemplo:

Seufert García Jasmín. Ing. Química. ITM, 2014.

a. Régimen laminar:

⁄

Luego:

⁄

b. Régimen turbulento:

Luego:

Fuentes de Información:

- http://oa.upm.es/6935/1/amd-apuntes-transmision-calor.pdf

- http://www.ibeninson.com.ar/nsite/archivos/Conveccion.pdf

- http://cdigital.dgb.uanl.mx/te/1020125280.pdf