CONVECCIN Debido a la mayor distancia entre molculas

CONVECCIÓN Debido a la mayor distancia entre moléculas de un fluido, la resistencia térmica a la transmisión de calor por conducción es mucho mayor que en un sólido. Fuerzas de unión entre moléculas son débiles, y pueden desplazarse dentro del fluido, transportando su energía térmica. El mecanismo de transporte de calor relacionado con el transporte de materia en el seno del fluido se denomina CONVECCIÓN

y c θf c(y) θ (y) capa límite θs c(y=0)= 0→ conducción q = -λf / y | y=0 Depende de la velocidad con la que el fluido transporte el calor desde la pared hacia la corriente principal / y | y=0 capa límite térmica

L Flujo laminar xcr Flujo turbulento Flujo laminar: predominan las fuerzas viscosas sobre las fuerzas inerciales del fluido, desplazándose las partículas de fluido según líneas de corriente. Flujo turbulento: al aumentar espesor capa límite, los efectos inerciales llegan a ser suficientemente grandes respecto a la amortiguación viscosa, y empiezan a aparecer pequeñas perturbaciones en el fluido. A medida que aumentan, la regularidad del flujo viscoso se perturba y se rompen las líneas de corriente, dando lugar a que se intensifique el transporte de energía.

En el valor de / t | y=0 influyen muchos factores: • Velocidad fluido ( c ) • Características geométricas y físicas superficie contacto • Propiedades físicas fluido ( , , λ, c. P) h coef. de convección, coef. superficial, coef. de película Q = h A h ( W/m 2 K) q = -λf / y |y=0 = h (θs-θf) h = -λf / y |y=0 /(θs-θf)

ANÁLISIS DIMENSIONAL • h = f (c, , , λ, c. P, …)→ múltiples variables, dificil establecer la relación → análisis dimensional: agrupar variables en un número reducido de parametros adimensionales que permitan caracterizar el fenómeno mediante correlaciones experimentales aplicables a todos los procesos que cumplan semejanza • semejanza geométrica (proporcionalidad dimensiones) • semejanza cinemática (proporcionalidad velocidades) • semejanza dinámica (proporcionalidad fuerzas)

CONVECCIÓN FORZADA = long. característica Número de Reynolds : Relaciona las fuerzas de inercia y las viscosas. Determina la naturaleza del flujo, laminar o turbulento. Re = c / Número de Prandtl: Relaciona la difusividad de cantidad de movimiento y la difusividad térmica. Expresa la relación entre la velocidad y la distribución de temperatura en el seno del fluido. Pr = c. P / λ= / a Número de Nusselt: Es el gradiente adimensional de temperatura en la superficie. Expresa la transmisión de calor entre fluido y pared. Nu = h / λ La relación entre estos parámetros Nu = f ( Re, Pr ) adimensionales se determina experimentalmente, ensayando con modelos.

CONVECCIÓN FORZADA L Flujo lamin ar xcr Flujo tur bulento Re < 5· 105 Flujo laminar Re > 5· 105 Flujo turbulento Flujo mixto m = ( p + f ) / 2 Nu. L = 0, 664 Re. L 1/2 Pr 1/3 Nu = 0, 036 Re. L 0, 8 Pr 1/3 Nu = 0, 036 Pr 1/3 (Re. L 0, 8 -23. 200) L xcr

CONVECCIÓN NATURAL x θ c pared fzas flotación fzas viscosas

CONVECCIÓN NATURAL Número de Grashof: Relaciona las fuerzas ascendentes y las fuerzas viscosas del fluido Gr = g 3 2 / 2 En gases ideales : = 1/T Cuanto mayor sea el número de Grashof, mayor será el movimiento libre del fluido. Nu = f ( Gr, Pr ) Número de Rayleigh: Ra = Gr · Pr

CONVECCIÓN NATURAL Placa plana vertical =L 104< Gr <109 h = 1, 42 [ ( - f) / L ]1/4 109< Gr <1012 h = 1, 31 ( - f)1/3 Gr a θp

CONVECCIÓN NATURAL = Area / Perimetro Placa plana horizontal Superior fría / inferior caliente: 105< Ra <1010 Nu = 0, 27 Ra 1/4 Gr a θm Placa plana horizontal Superior caliente / inferior fría: 105< Ra <107 107< Ra <1010 Nu = 0, 54 Ra 1/4 Nu = 0, 15 Ra 1/3

Analogía eléctrica: Q R I h R=1/h. A

U : coef. Global de trasmisión de calor i hi he R 1 1 R 2 R 3 2 k L Q e Q Q CONVECCIÓN CONDUCCIÓN CONVECCIÓN R = R 1 + R 2 + R 3 = 1/A ( 1/hi + L/λ + 1/he ) Q = ( i - e ) / R = A ( i - e ) / [ 1 / hi )+ L / λ + 1 / he ] U =1 / [ 1 / hi )+ L / λ + 1 / he ] Q = U A

he R 1 R 2 R 3 hi Q Q Q CONVECCIÓN CONDUCCIÓN R = R 1 + R 2 + R 3 = 1/2 L ( 1/r 1 hi + 1/λ ln(r 2/r 1) + 1/r 2 he ) Q = ( i - e ) / R = 2 r 2 L ( i - e ) / [ (r 2 / r 1 hi )+ ( r 2 / λ) ln(r 2/r 1) + 1 / he ] Q = U 2 A 2 U 2 =1 / [ (r 2 / r 1 hi )+ ( r 2 / λ ) ln (r 2/r 1) + 1 / he ]