COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR | SON CONCEPTOS IMPORTANTES Y 15 PREGUNTAS FRECUENTES

¿CUÁL ES EL COEFICIENTE GENERAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR?

En la industria, los problemas de transferencia de calor generalmente se resuelven para materiales compuestos o sistemas con diferentes capas que involucran diferentes modos de transferencia de calor, como conducción, convección y radiación. La resistencia térmica que ofrecen las diferentes capas de un sistema se denomina coeficiente general de transferencia de calor. También se conoce como factor U.

El factor U que se usa para calcular la transferencia de calor total es análogo al coeficiente de transferencia de calor por convección usado en la ley de enfriamiento de Newton. El coeficiente de transferencia de calor general depende de la geometría del objeto o la superficie. Por ejemplo, en una pared, podemos observar diferentes modos de transferencia de calor, la superficie exterior de la pared experimenta transferencia de calor por convección mientras que el espacio entre las paredes experimenta un modo de conducción de transferencia de calor.

El coeficiente de transferencia de calor total de la pared se toma como una suma del coeficiente de transferencia de calor por convección y el coeficiente de transferencia de calor por conducción. En resumen, el coeficiente de transferencia de calor general es la suma del coeficiente de transferencia de calor individual. A continuación se explican más explicaciones sobre la derivación del coeficiente de transferencia de calor general y su uso para problemas de transferencia de calor compuesta.

IMPORTANCIA DEL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR

En aplicaciones industriales, es esencial conocer el coeficiente de transferencia de calor general, especialmente en los casos en los que la tasa de transferencia de calor debe optimizarse para un mejor rendimiento de un sistema. Para calcular la tasa de transferencia de calor Q (punto) para cualquier sistema con diferentes fluidos o diferentes capas, es esencial conocer el coeficiente de transferencia de calor general.

A partir del valor del coeficiente de transferencia de calor general y la tasa de transferencia de calor, es posible calcular el coeficiente de transferencia de calor individual. Esto ayudaría a modificar una parte particular del sistema térmico para un mejor rendimiento según los requisitos.

En condiciones de estado estacionario, la tasa de transferencia de calor de un fluido a la temperatura general T1 a un sólido a la temperatura general T2 sobre un área incremental dA viene dada por la tasa de transferencia de calor dQ (punto), es decir

dQ (punto) = U * (T2 - T1)*A

Aquí, el coeficiente de transferencia de calor general está representado por la letra U.

FÓRMULA PARA COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR | CÓMO ENCONTRAR EL COEFICIENTE GENERAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR | FÓRMULA GLOBAL DE COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR | CÓMO CALCULAR EL COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR | DERIVACIÓN GLOBAL DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La fórmula para el coeficiente general de transferencia de calor viene dada por

Qdot = U * (T1 + T2)*A

Derivación para el coeficiente de transferencia de calor general para la pared que se indica a continuación

Coeficiente de transferencia de calor general

Considere una pared compuesta que está expuesta al ambiente externo a la temperatura T1, y se observa que el coeficiente de conducción es H1. La temperatura ambiente dentro de la habitación es T2 y el coeficiente de convección es H2. Aquí, la transferencia de calor se realiza mediante conducción y convección. Cualquiera de los lados de la pared experimenta transferencia de calor mediante convección en diferentes magnitudes.

La temperatura dentro de la pared varía y es un valor entre T1 y T2 si no hay una fuente de generación de calor desde dentro de la pared. El coeficiente de conducción de la pared se toma como K en este caso, a menos que la pared esté formada por diferentes capas que es el caso habitual. En el escenario de la vida real, la pared está formada por diferentes capas como revoques, ladrillos, cemento, etc. En estos casos, es fundamental tener en cuenta la resistencia térmica que ofrece cada capa de la pared.

El coeficiente de transferencia de calor general para el sistema anterior es el que se indica a continuación:

Y la tasa de transferencia de calor Q (punto) = UAΔT

Es evidente que U no es una propiedad termofísica y depende del flujo, la velocidad y también del material a través del cual tiene lugar la transferencia de calor.

COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR CON ENCUENTRO

El ensuciamiento es un problema habitual que se encuentra en los intercambiadores de calor. Es una capa adicional que se forma en la superficie interna del intercambiador de calor. Varios factores contribuyen al ensuciamiento de las superficies de los intercambiadores de calor. La tasa de transferencia de calor se reduce debido al ensuciamiento que a su vez afecta la eficiencia de la transferencia de calor.

La disminución en la eficiencia de la transferencia de calor se tiene en cuenta en los cálculos que utilizan el factor de ensuciamiento. A menudo se lo denomina factor de suciedad. El factor de ensuciamiento depende del fluido a cada lado del intercambiador de calor.

El coeficiente global de transferencia de calor con incrustaciones viene dado por

En la ecuación anterior,

U representa el coeficiente de transferencia de calor general

h0 es el coeficiente de transferencia de calor en el lado de la carcasa

hi es el coeficiente de transferencia de calor en el lado del tubo

Rdo es el factor de ensuciamiento en el lado de la carcasa

Rdi es el factor de ensuciamiento en el lado del tubo

OD es el diámetro exterior del tubo

ID es el diámetro interior del tubo

A0 es el área exterior del tubo

Ai es el área interior del tubo

Kw es el valor de resistencia que ofrece la pared del tubo

A partir de la ecuación, es evidente que el valor del coeficiente de transferencia de calor general disminuye con un aumento en uno o ambos valores del factor de ensuciamiento (es decir, lado del tubo o lado de la carcasa). Esta disminución en el coeficiente de transferencia de calor general reducirá a su vez la tasa de transferencia de calor.

UNIDADES GLOBALES DE COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR | CONVERSIÓN GLOBAL DE UNIDADES DE COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR | CONVERSIÓN GLOBAL DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La unidad SI del coeficiente de transferencia de calor total es W / m2 K. Otra unidad que se utiliza para representar el coeficiente de transferencia de calor general es Btu / (hr.ft2 0F).

La conversión de la unidad de la unidad SI a las unidades inglesas es la siguiente:

1 W / m2 K = = 0.1761 Btu / (hr.ft2 0F).)

EFECTO DE LA TASA DE FLUJO SOBRE EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR GLOBAL | COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR VS TASA DE FLUJO

El caudal tiene un impacto en el coeficiente general de transferencia de calor. Se observa que hay una disminución del 10% en el coeficiente de transferencia de calor cuando el caudal másico aumenta tres veces. Esta estimación del coeficiente de transferencia de calor se basa en la correlación de Dittus-Boelter.

Mientras se mantiene constante el área, se observa que el coeficiente de transferencia de calor aumenta al aumentar el caudal másico. Se espera un aumento del 90% en el coeficiente de transferencia de calor al duplicar el caudal másico. Con este aumento, se espera un aumento de la caída de presión que es proporcional al caudal másico.

Para los casos en los que la velocidad es constante, la caída de presión disminuye y es inversamente proporcional al caudal másico. Los aspectos positivos que se obtienen de un mayor coeficiente de transferencia de calor se pierden debido a la mayor caída de presión cuando el área se mantiene constante.

COEFICIENTE GLOBAL DE LA TABLA DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La siguiente tabla proporciona el coeficiente de transferencia de calor general para algunos equipos que se utilizan con mucha frecuencia en la industria. El rango se proporciona porque el coeficiente de transferencia de calor general depende del fluido que se utiliza en el equipo. Para los gases, el valor del coeficiente de transferencia de calor es muy bajo y el de los líquidos es mucho mayor.

EquipoU (W / m2)
Intercambiador de calor5-1500
Coolers5-1200
Calentadores20-4000
condensadores200-1500
Intercambiadores de calor enfriados por aire50-600
Tabla 1: Coeficiente general de transferencia de calor para diferentes equipos

COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR GLOBAL PROMEDIO

En problemas de transferencia de calor que consisten en dos fluidos diferentes que podrían ser agua y alcohol a dos temperaturas diferentes, en tales casos, el promedio de las temperaturas de los dos fluidos se usa para resolver el problema de transferencia de calor que se denomina transferencia de calor general promedio. coeficiente.

Tomemos Q como el calor que fluye a través de la superficie a una temperatura promedio ΔTavg, y el área a través de la cual tiene lugar la transferencia de calor se considera A. El coeficiente de transferencia de calor general promedio para este flujo de calor es el que se indica a continuación

COEFICIENTE GLOBAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR BASADO EN EL ÁREA INTERIOR

Para los intercambiadores de calor, el coeficiente de transferencia de calor general puede basarse en el área interior o en el área exterior.

Cuando el coeficiente de transferencia de calor general se calcula en función del área interior, el coeficiente de convección en el interior se toma como 1 / hi, mientras que el coeficiente de conducción en la interfaz se toma como 1 / ln (r0/ri) / 2πkL y el coeficiente de convección en la superficie exterior del intercambiador de calor se toma como 1 / h0.

Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor general basado en el área interior se da como

Cuando el coeficiente de transferencia de calor general se calcula en función del área exterior, el coeficiente de convección en el interior se toma como 1 / hi, mientras que el coeficiente de conducción en la interfaz se toma como 1 / ln (r0/ri) / 2πkL y el coeficiente de convección en la superficie exterior del intercambiador de calor se toma como 1 / h0.

Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor general basado en el área interior se da como

La diferencia significativa entre las dos ecuaciones está en el área, cuando el coeficiente de transferencia de calor general se basa en el área interior, el área interior del intercambiador de calor se utiliza en la ecuación. Mientras que cuando el coeficiente de transferencia de calor general se basa en el área exterior, el área exterior se toma en la ecuación.

DIFERENCIA ENTRE COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR INDIVIDUAL Y GENERAL

Cuando el calor fluye a través de un material compuesto, la resistencia térmica que ofrecen las diferentes capas del material, que puede deberse a la conducción o convección del calor, se denomina coeficiente general de transferencia de calor. El coeficiente de transferencia de calor general es la suma del coeficiente de transferencia de calor individual. La resistencia térmica es análoga a la resistencia eléctrica en un circuito. Aquí, el coeficiente de transferencia de calor depende del material en serie o disposición en paralelo.

Es de gran interés determinar el coeficiente de transferencia de calor individual a partir del coeficiente de transferencia de calor general. Por ejemplo, para un intercambiador de calor, el coeficiente de transferencia de calor global se puede medir experimentalmente, a partir de este coeficiente global, extraer la resistencia térmica ofrecida por el fluido frío y caliente individualmente es el problema a resolver.

PROBLEMAS GENERALES DE COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Considere que una pared de 5 cm de espesor está hecha de ladrillos que tiene una conductividad térmica K = 20 W / m K. La superficie interior de la pared está expuesta a una temperatura ambiente de 25ºC.0C mientras que la superficie externa está expuesta a la temperatura atmosférica caliente de 400C. ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor general, dado el coeficiente de convección del aire 25 W / m2K?

Del problema anterior, podemos concluir que el sistema está expuesto a la convección a ambos lados de la pared y a la transferencia de calor por conducción dentro de la pared. La conductividad térmica de la pared es de 20 W / mK, mientras que el coeficiente de convección del aire es de 25 W / m.2K.

= 12.12 W / m2K

PREGUNTAS Y RESPUESTAS DE ENTREVISTA FRECUENTES

1. Intercambiador de calor de la ecuación del coeficiente de transferencia de calor general

2. tubo doble coeficiente global de transferencia de calor | Intercambiador de calor de doble tubo coeficiente global de transferencia de calor

1 / U = Do/hi.Di D +o.ln (Do/Di) / 2kt + 1 / ho+ Ri.Do/Di + Ro

3. fórmula general del coeficiente de transferencia de calor para el cilindro

El coeficiente de transferencia de calor general para un cilindro viene dado por la fórmula a continuación, que experimenta el modo de transferencia de calor tanto por conducción como por convección.

4. coeficiente global de transferencia de calor para el evaporador

TipoU (W / m2K)
Circulación natural: el vapor fluye hacia el exterior y el fluido muy viscoso fluye hacia el interior.300-900
Circulación natural: el vapor fluye hacia el exterior y el fluido de baja viscosidad fluye hacia el interior600-1700
Circulación forzada: el vapor fluye hacia afuera y el líquido fluye hacia adentro900-3000
Tabla 2: Coeficiente de transferencia de calor general para evaporadores

5. Coeficiente global de transferencia de calor carcasa y tubo | coeficiente global de transferencia de calor para intercambiadores de calor de carcasa y tubos | cómo calcular el coeficiente de transferencia de calor global para el intercambiador de calor | ¿Cómo se calcula el coeficiente de transferencia de calor total de un evaporador?

El coeficiente de transferencia de calor general para cualquier intercambiador de calor se puede calcular utilizando la siguiente ecuación; el método utilizado puede variar. También se puede elegir el método LMTD

6. Coeficiente de transferencia de calor global del intercambiador de calor de grafito

El coeficiente general de transferencia de calor para intercambiadores de calor moldeados de grafito a grafito es de aproximadamente 1000 W / m2K mientras que se observa que el coeficiente de transferencia de calor general para el grafito al aire es de 12 W / m2K

7. Coeficiente de transferencia de calor total de aluminio

Se observa que el coeficiente de transferencia de calor general para el aluminio es de 200 W / m2K

8. Coeficiente total de transferencia de calor del intercambiador de calor aire-aire

Se observa que el coeficiente de transferencia de calor general del coeficiente de transferencia de calor aire-aire está entre 350 y 500 W / m2K.

9. Área del intercambiador de calor del coeficiente general de transferencia de calor

El área de un intercambiador de calor se puede calcular a partir del coeficiente de transferencia de calor general utilizando la siguiente fórmula

10. ¿En qué proceso de intercambio de calor el valor del coeficiente de transferencia de calor total será más alto?

El coeficiente general de transferencia de calor es el más alto para los intercambiadores de calor tubulares utilizados para la evaporación con vapor que fluye fuera de los tubos y líquido que fluye hacia adentro. Se observa que tienen un coeficiente de transferencia de calor general en el rango entre 900 y 3000 W / m2K.

11. ¿El coeficiente general de transferencia de calor puede ser negativo?

En los casos en que la temperatura de referencia se toma como la temperatura de la pared adiabática, el coeficiente de transferencia de calor general será negativo, lo que indica que el flujo de calor está en la dirección opuesta con un gradiente de temperatura definido.

12. ¿El coeficiente general de transferencia de calor cambia con la temperatura?

El coeficiente global de transferencia de calor depende del gradiente de temperatura; por lo tanto, los cambios de temperatura pueden provocar cambios en un gradiente de temperatura. Entonces, sí, el coeficiente general de transferencia de calor cambia con la temperatura.

13. ¿Cuál es el coeficiente general de transferencia de calor y su aplicación?

La resistencia térmica que ofrecen las diferentes capas de un sistema se denomina coeficiente general de transferencia de calor. También se conoce como factor U. Se utiliza para extraer el coeficiente de transferencia de calor individual de las diferentes capas de un sistema.

El coeficiente de transferencia de calor general de un sistema se puede medir, pero el coeficiente de transferencia de calor individual de un sistema es difícil de obtener. En tales situaciones, el coeficiente de transferencia de calor general junto con la tasa de transferencia de calor ayudarán a determinar el coeficiente de transferencia de calor individual.

14. ¿Cuáles son los factores que afectan el coeficiente general de transferencia de calor?

Los factores que afectan el coeficiente general de transferencia de calor son las propiedades termofísicas como la densidad, la viscosidad y la conductividad térmica del fluido. Además, se ve afectado por la geometría y el área a través de la cual tiene lugar la transferencia de calor. La velocidad de los fluidos afecta en gran medida el coeficiente general de transferencia de calor. En los intercambios de calor, el tipo de flujo también tiene un impacto significativo en el coeficiente general de transferencia de calor.

15. ¿Cuál es el coeficiente de transferencia de calor general en tubos redondos? | tubo de coeficiente de transferencia de calor total

Un fluido que fluye a través de un tubo redondo experimenta una transferencia de calor por convección entre el fluido que fluye en el exterior y la superficie exterior del tubo, y también entre el fluido que fluye en el interior y la superficie interior del tubo. Hay transferencia de calor por conducción entre la superficie exterior y la superficie interior del tubo. Por lo tanto, el coeficiente de transferencia de calor general se da de la siguiente manera:

(1 / UA) total = (L / kA) interior + (1 / hA) + (L / kA) exterior

Donde k es la conductividad térmica del tubo y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección

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Sobre Veena Parthan

Soy Veena Parthan, y trabajo como ingeniera de operación y mantenimiento solar para el sector solar del Reino Unido. Tengo más de 5 años de experiencia en el campo de Energía y Servicios Públicos. He completado mi Licenciatura en Ingeniería Química y Maestría en Ingeniería Térmica. Tengo un profundo interés en las energías renovables y su optimización. He publicado un artículo en las actas de la conferencia AIP que se basa en Cummins Genset y su optimización de flujo.
Durante mis horas libres, me dedico a la redacción técnica independiente y me encantaría ofrecer mi experiencia en la plataforma LambdaGeeks. Aparte de eso, paso mis horas libres leyendo, realizando algunas actividades deportivas y tratando de convertirme en una mejor persona.
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