Transferencia de calor en fluidos no newtonianos

En la industria química, biológica y de procesamiento de alimentos, se manejan varios fluidos no newtonianos. Para diseñar equipos para estos fluidos es necesario conocer las constantes reológicas de los fluidos.

Puesto que muchos fluidos newtonianos tienen una alta viscosidad producen flujos casi siempre laminares. Además debido a que la mayor parte de los fluidos son seudoplasticos, se pueden representar mediante la siguiente ecuación:

Donde: n= índice de comportamiento de flujo (adimensional)K= índice de consistencia

Transferencia de calor en el interior de tubos•Flujo laminar: la transferencia de calor en

un flujo laminar, sigue principalmente un mecanismo de conducción. Cuando la velocidad de flujo y viscosidad son bajas puede existir convección natural. Puesto que la mayoría de los fluidos son bastantes viscosos los efectos de la convección se reducen notablemente.

• Para flujo laminar de fluidos que siguen la ley exponencial, en tubos circulares puede usarse la ecuación de Metzner y Gluck cuando son altamente viscosos , una convección despreciable, en tubos horizontales o verticales con un numero de Graetz NGz >20 y n’ > 0.10.

Donde:

Los coeficientes de viscosidad γb , a la temperatura Tb y γw a la temperatura Tw se define como:

La nomenclatura es:K en W/m*KCp en J/kgρ en Kg/m3m en kg/sL en mD en mha en W/m2*K

Las propiedades físicas y Kb, se evalúan a la Tb y Kw a Tw.

Puesto que Kb/Kw se eleva a un potencial de 0.14, este factor puede despreciarse sin causar errores considerables. El valor de ha es el valor medio que debe usarse en la totalidad de longitud del tubo L con la diferencia aritmética de temperatura ΔTa:

Donde:Tw = temperatura promedio de las paredes de todo el tuboTbi=temperatura del volumen de entradaTbo= temperatura del volumen de salida

El flujo de calor es:

Flujo Turbulento.Para el flujo turbulento de fluidos que obedecen la ley exponencial dentro de tubos, Clapp propone una ecuación empírica para la transferencia de calor:

Las propiedades del flujo se evaluan a la temperatura media del volumen.

ΔT ΔT

hL= coeficiente de transferencia de calor basado en la media logarítmica.