Resumen Numeros de Nusselt
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RESUMEN NUMEROS DE NUSSELT
A. Números de Nusselt para tubos. Flujo por el interior de tubos y por la zona anular, para este ultimo caso usar el diámetro hidráulico térmico. Estos modelos se aplican para intercambiadores de tubos concéntricos, para tubo y coraza solo son válidos para el lado de los tubos, mas adelante se indicara que modelos aplicar para el lado de la coraza.
1. Modelo de Dittus – Boelter
€
NuD = 0,023ReD0,8 Prn n=0,4 para calentamiento y n=0,3 para enfriamiento
0,5<Pr<120 6 000<ReD<107 60<L/D Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso. Funciona bien con gradientes moderados de temperatura (Th –Tc). Subestima el calculo del número de Nusselt, para el caso particular del agua esta entre el 5% y el 15%. No recomendado para agua.
2. Modelo de Sieder-‐Tate
€
NuD = 0,027ReD0,8 Pr1/ 3 µ
µw
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
0,14
0,7<Pr<10 000 6 000<ReD<107 60<L/D Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso. Funciona bien con gradientes grandes de temperatura (Th –Tc) o con fluidos que cambian significativamente su viscosidad. Subestima el calculo del número de Nusselt, para el caso particular del agua esta entre el 5% y el 15%. No recomendado para agua.
3. Modelos de Kays – London
€
NuDH= 0,021ReDH
0,8 Pr1/ 3 TPTw
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
n
n=0,575 para calentamiento n=0,150 para enfriamiento
2
TP = Temperatura de proceso Tw = Temperatura de pared Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso. Especial para flujo en zonas anulares, empleando el diámetro hidráulico.
4. Modelo de Petukhov -‐Popov
€
NuD =
f8
⎛ ⎝ ⎜ ⎞
⎠ ⎟ ReD Pr
K1 +K2f8
⎛ ⎝ ⎜ ⎞
⎠ ⎟ 1/ 2
Pr2 / 3−1( )f = (1,82logReD−1,64)
−2
K1 =1+ 3,4 f
K2 =11,7 +1,8Pr1/ 3
0,5<Pr<2000 104<ReD<107 Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso. Sobreestima el calculo del número de Nusselt, para el caso particular del agua hasta el 5%. Poco recomendado para agua.
5. Modelo de Sleiter -‐Rouse
€
NuD = 5 + 0,015ReDa Prb
a = 0,88 − 0,244 +Prw
b = 13 + 0,5e−0,6Prw
0,1<Pr<10 000 104<ReD<106 Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso. Sobreestima el calculo del número de Nusselt, para el caso particular del agua hasta el 5%. Poco recomendado para agua.
6. En la tabla 8.10 de S.M. Walas se presentan los siguientes modelos.
€
NuD = 0,0214 ReD0,8−100( )Pr0,4 1+
DL
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ 2 / 3⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥
0,5<Pr<1,5 2 300<ReD
3
€
NuD = 0,012 ReD0,87− 280( )Pr0,4 1+
DL
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ 2 / 3⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥
1,5<Pr<500 2 300<ReD Todas las propiedades evaluadas a la temperatura de proceso.
7. Para el caso particular del agua, a temperaturas moderadas (5oC a 104 oC), Perry en la 6 edición presenta el siguiente modelo que calcula directamente el coeficiente de convención.
€
h =1057 1,352 + 0,02T( ) V 0,8
D0,2
T=Temperatura media del agua medida en oC. También se puede usar la figura 25 de Kern (Ver anexo 1).
8. Modelo de Sieder-‐Tate para flujo laminar
€
NuD =1,86 ReD PrDL
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ 0,33 µ
µw
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
0,14
0,48<Pr<16 700 0,0044<µ/µw<9,75
9. Modelo de Huasen para flujo en transición.
€
NuD = 0,116 ReD2 / 3−125( )Pr1/ 3 1+
DL
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟ 2 / 3⎡
⎣ ⎢
⎤
⎦ ⎥
µµw
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
0,14
2 100<Re<10 000 Nota: En la medida de lo posible debe evitarse el calculo en la zona de transición, ya que los modelos no son muy confiables.
4
B. Modelos para Nusselt para la zona de coraza.
1. Modelo sugerido por Kern.
€
NuDHS= 0,36 ReDHS( )0,55 Pr1/ 2 µ
µw
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
0,14
2 000<Re<106 Funciona bien para hidrocarburos, compuestos orgánicos, agua, soluciones acuosas y gases cuando el banco de tubos tiene deflectores cortados al 25%. Debe emplearse el diámetro hidráulico. Nota: También se puede emplear la figura 28 de Kern (Ver anexo 2)
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ANEXO 1
€
1 Wm2⋅ oC
= 0,17612 Btuh⋅ pie2⋅ oF
⎛
⎝ ⎜
⎞
⎠ ⎟
6
ALVARO BERMUDEZ CORONEL DOCENTE UNIVERSIDAD DE AMERICA
SEPTIEMBRE 2010