Capítulo 6,7,8 Y 9
FUNDAMENTOS DE
CONVECCIÓN,
CONVECCIÓN NATURAL Y
CONVECCIÓN FORZADA
TRANSMISIÓN DEL CALOR
La transferencia de calor es el paso de
energía
térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro
de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por
ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una
temperatura diferente de la de su entorno u otro
cuerpo,
la transferencia de energía térmica, también
conocida como transferencia de calor o intercambio
de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su
entorno alcancen equilibrio térmico.
CONVECCIÓN
La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de
masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo
por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia
es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un
ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases
donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio.
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El movimiento del fluido mejora la transferencia de calor, ya que pone en
contacto porciones
más calientes y más frías de eses fluido en contacto
,
iniciando índices más altos de conducción en un mayor número de sitios en
un fluido.
La tasa de transferencia de calor a través de un fluido es mucho mayor por
convección de lo que es por conducción.
De hecho, cuanto mayor sea la velocidad del fluido, mayor será la tasa de
transferencia de calor.
Transferencia de calor a través de un fluido comprimido entre dos placas paralelas.
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Tomada de:https://www.google.com.co/search?q=corrientes+de+convecci
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La transferencia de calor por convección depende fuertemente de las
propiedades del fluido de viscosidad dinámica, conductividad térmica,
densidad, y el calor específico, así como la velocidad del fluido. También
depende de la geometría y la rugosidad o aspereza de la superficie sólida,
además del tipo de flujo de fluido (tales como ser racionalizado o
turbulento).
Ley de Enfriamiento de Newton’s
La tabla lista algunos valores aproximados de coeficiente de
convección h.
El flujo de calor por convección es positivo (H > 0) si el calor se
transfiere desde la superficie de área A al fluido (T
A> T) y
negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie
(T
A< T).
http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap14.pdf
Coeficiente de transferencia de calor por convección, h: La tasa
de transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido
por unidad de superficie por unidad de diferencia de
temperatura.
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MECANISMO FÍSICO DE CONVECCIÓN
Conducción y convección tanto requieren la presencia
de un medio material, sino convección requiere el
movimiento del fluido.
Convección implica movimiento de fluidos, así como la
conducción de calor.
La transferencia de calor a través de un sólido es
siempre por conducción.
La transferencia de calor a través de un fluido es por
convección en presencia de movimiento del fluido a
granel y por conducción en ausencia de la misma.
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8 8
Según el regimen del fluido
.
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FLUJO SOBRE CILINDROS Y ESFERAS
Flujo sobre cilindros y esferas se encuentra con frecuencia en la práctica. Los tubos en un intercambiador de calor de carcasa y tubo implican tanto el flujo interno a través de los tubos y el flujo externo sobre los tubos. Muchos deportes como el fútbol, el tenis y el golf implican flujo sobre bolas
esféricas.
La separación de la capa límite
laminar con una estela
turbulenta; fluir sobre un
cilindro circular en Re = 2000.
A velocidades muy bajas, el fluido se envuelve completamente
alrededor del cilindro. Flujo en la región de estela se caracteriza por la formación de torbellinos
3030
Para el flujo sobre el cilindro o esfera, tanto el arrastre de fricción y la presión de arrastre pueden ser significativos.
La alta presión en las proximidades del punto de estancamiento y la baja presión en el lado opuesto en la estela producir una fuerza neta sobre el cuerpo en la dirección del flujo.
La fuerza de arrastre se debe principalmente a la resistencia de fricción a bajos números de Reynolds (Re <10) y para arrastrar presión en altos números de Reynolds (Re> 5000). Ambos efectos son significativos a números de Reynolds intermedios.
Coeficiente
medio de
arrastre de flujo
cruzado sobre
un cilindro
circular lisa y
una esfera lisa.
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Efecto de la rugosidad superficial
La rugosidad superficial, en general, aumenta el coeficiente de arrastre en el
flujo turbulento. Este es especialmente el caso de los cuerpos aerodinámicos.
Para cuerpos romos tal como un cilindro o esfera circular, sin embargo, un
aumento en la rugosidad de la superficie puede aumentar o disminuir el
coeficiente de arrastre en función del número Reynolds.
El efecto de la rugosidad de la superficie en el coeficiente de arrastre de
una esfera.
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•
Fluye a través de cilindros y
esferas, en general, implican la
separación del flujo, que es
difícil
de
manejar
analíticamente.
•
Flujo a través de cilindros y
esferas
se
ha
estudiado
experimentalmente
por
numerosos investigadores, y
varias correlaciones empíricas
han sido desarrollados para el
coeficiente de transferencia de
calor.
Variación del coeficiente de
transferencia de calor local a lo
largo de la circunferencia de un
cilindro circular en el flujo
transversal de aire.
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Las propiedades del fluido se evalúan en la temperatura de la película
Para el flujo sobre un cilindro
For flow over a
sphere
Las propiedades del fluido se evalúan a la temperatura T de libre flujo, a
excepción de s, que se evalúa en el TS de temperatura de superficie.
Constants
C
and
m
are
given in the table.
Las relaciones para cilindros de arriba son para cilindros de simple o cilindros orientados de tal manera que el flujo por encima de ellos no se ve afectada por la presencia de otros. Son aplicables a las superficies lisas.
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