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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)              

   

  5  

ANEXO  1  

 

€

1 Wm2⋅ oC

= 0,17612 Btuh⋅ pie2⋅ oF

⎛

⎝ ⎜

⎞

⎠ ⎟  

 

  6  

                   

ALVARO  BERMUDEZ  CORONEL  DOCENTE  UNIVERSIDAD  DE  AMERICA  

SEPTIEMBRE  2010