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Cuando un fluido fluye en una tubería (turbulento o laminar), se forma una fina capa entre el fluido y las paredes de la tubería. Esta capa se conoce como capa limite térmica. |
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Si se tiene un medidor como el representado en la figura. |
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Cuando pasa calor desde las paredes de la tubería al fluido, ésta ofrece resistencia al flujo de calor, Mientras mayor sea la rata de flujo menor es el ancho de le capa y mayor es la transferencia de calor. |
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Si se aísla el calentador suficientemente y si el material de la tubería es un buen conductor del calor, la transferencia de calor desde el calentador al fluido se puede expresar por: |
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Donde: |
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h = coeficiente de transferencia de calor (BTU/hr pie 2 °F)
A = área de sección de tubería (piel)
Tp = temperatura de la pared de tubería (°F)
Tf= temperatura del fluido (°F) |
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El coeficiente de transferencia de calor (h) se puede expresar en términos de las propiedades del fluido, las dimensiones de la tubería y el flujo másico de fluido, para los casos de flujo turbulento y laminar como: |
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Para flujo turbulento: |
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Para flujo laminar: |
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donde: |
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K = conductividad térmica del fluido (BTU/hr pie °F)
D = diámetro de la tubería (pie)
L = longitud de la tubería (pie)
μ = viscosidad absoluta del fluido (lbf/hr piel) |
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De estas expresiones se obtiene: |
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Para flujo turbulento: |
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Para flujo laminar: |
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Donde se cumple: |
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Para un fluido dado μ, K y Cp permanecen constantes sobre un cierto rango de temperatura.
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D y A son constantes.
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Q se puede mantener constante.
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Ubicación del sensor de temperatura: |
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El sensor de temperatura que se encuentra aguas arriba del calentador esta localizado lo mas cerca posible del calentador, de forma de medir la temperatura Tp
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El sensor de temperatura que se encuentra aguas abajo del calentador esta localizado donde la temperatura de la pared y la del fluido estén en equilibrio.
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El flujo se puede obtener de dos formas: |
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Midiendo la diferencia de temperatura, conociendo la geometría del medidor, la capacidad térmica, la viscosidad del fluido y manteniendo constante la potencia al calentador.
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Manteniendo constante AT y midiendo la potencia al calentador.
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