U coeficiente global de transferencia de calor

fórmula del coeficiente global de transferencia de calor

El siguiente artículo muestra cómo calcular y comparar el valor U para la transferencia de calor de vapor y agua caliente a través de diferentes tipos de medios, incluidos los coeficientes de película y el propio material de la pared.

El coeficiente global de transferencia de calor está influido por el espesor y la conductividad térmica de los medios a través de los cuales se transfiere el calor. Cuanto mayor es el coeficiente, más fácilmente se transfiere el calor desde su fuente hasta el producto que se calienta. En un intercambiador de calor, la relación entre el coeficiente global de transferencia de calor (U) y la tasa de transferencia de calor (Q) puede demostrarse mediante la siguiente ecuación

Q = tasa de transferencia de calor, W=J/s [btu/hr]A = superficie de transferencia de calor, m2 [ft2]U = coeficiente global de transferencia de calor, W/(m2°C) [Btu/(hr-ft2°F)]ΔTLM = diferencia de temperatura media logarítmica, °C [°F] De esta ecuación se desprende que el valor U es directamente proporcional a Q, la tasa de transferencia de calor. Suponiendo que la superficie de transferencia de calor y la diferencia de temperatura no varían, cuanto mayor sea el valor U, mayor será la tasa de transferencia de calor. En otras palabras, esto significa que, para un determinado intercambiador de calor y producto, un valor U más alto podría conducir a tiempos de lote más cortos y a un aumento de la producción/ingresos.

calculadora del coeficiente de transferencia de calor global

En mecánica de fluidos, el número de Rayleigh (Ra) para un fluido es un número adimensional asociado al flujo impulsado por la flotabilidad, también conocido como convección libre o natural[1][2][3] Caracteriza el régimen de flujo del fluido:[4] un valor en un determinado rango inferior denota flujo laminar; un valor en un rango superior, flujo turbulento. Por debajo de un determinado valor crítico, no hay movimiento del fluido y la transferencia de calor se produce por conducción y no por convección.

El número de Rayleigh se define como el producto del número de Grashof, que describe la relación entre la flotabilidad y la viscosidad de un fluido, y el número de Prandtl, que describe la relación entre la difusividad del momento y la difusividad térmica[3][2]. Está estrechamente relacionado con el número de Nusselt[4].

El número de Rayleigh describe el comportamiento de los fluidos (como el agua o el aire) cuando la densidad de masa del fluido no es uniforme. Las diferencias de densidad de masa suelen estar causadas por las diferencias de temperatura. Normalmente, un fluido se expande y se vuelve menos denso cuando se calienta. La gravedad hace que las partes más densas del fluido se hundan, lo que se denomina convección. Lord Rayleigh estudió[1] el caso de la convección de Rayleigh-Bénard[6] Cuando el número de Rayleigh, Ra, está por debajo de un valor crítico para un fluido, no hay flujo y la transferencia de calor es puramente por conducción; cuando supera ese valor, el calor se transfiere por convección natural[2].

tabla de coeficientes de transferencia de calor global

En dinámica de fluidos, el número de Nusselt (Nu) es la relación entre la transferencia de calor por convección y por conducción en una frontera de un fluido. La convección incluye tanto la advección (movimiento del fluido) como la difusión (conducción). El componente conductivo se mide en las mismas condiciones que el convectivo, pero para un fluido hipotéticamente inmóvil. Es un número adimensional, estrechamente relacionado con el número de Rayleigh del fluido[1].

Un número de Nusselt de valor uno representa la transferencia de calor por conducción pura.[2] Un valor entre uno y 10 es característico del flujo baboso o flujo laminar.[3] Un número de Nusselt mayor corresponde a una convección más activa, con un flujo turbulento que suele estar en el rango de 100-1000.[3] El número de Nusselt recibe su nombre de Wilhelm Nusselt, que hizo importantes contribuciones a la ciencia de la transferencia de calor por convección.[2] Una propiedad adimensional similar es el número de Biot, que se refiere a la conductividad térmica de un cuerpo sólido en lugar de un fluido. El análogo de transferencia de masa del número de Nusselt es el número de Sherwood,

coeficiente global de transferencia de calor intercambiador de calor

El coeficiente global de transferencia de calor para un intercambiador de calor es una constante de proporcionalidad que se utiliza para calcular la tasa global de transferencia de calor entre dos cuerpos, que surge de la diferencia de temperatura entre esos dos cuerpos.

El problema del ejemplo puede resolverse siguiendo los pasos que se indican a continuación. En primer lugar, se desarrolla una ecuación para determinar el coeficiente global de transferencia de calor para esta tubería en función de los coeficientes individuales de transferencia de calor en ambos lados, así como de la conductividad, y a continuación se calcula el coeficiente global de transferencia de calor utilizando la ecuación desarrollada.

Cabe señalar que los términos “1/hS”, “1/hA” y “r2×ln(r2/r1)/k” representan la resistencia a la transferencia de calor para la convección dentro y fuera de la tubería y para la conducción a través de la pared de la tubería, respectivamente. Una magnitud menor de la resistencia de transferencia de calor indica una mayor facilidad de transferencia de calor.

Por otro lado, la resistencia a la transferencia de calor es mayor para la transferencia de calor por convección e inversamente proporcional al coeficiente de transferencia de calor relacionado. Por lo tanto, se puede observar que la mayor parte de la resistencia a la transferencia de calor se debe a la transferencia de calor en el lado del aire de la tubería, que tiene el coeficiente de transferencia de calor más bajo.

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