análisis de la conveccion , Diapositivas de Calor y Transferencia de Masa

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ANÁLISIS DE LA

CONVECCIÓN

DOCENTE: ING. FELIPE GARCÍA FRANCO

CONVECCIÓN FORZADA INTRODUCCIÓN

• LA CONVECCIÓN FORZADA SE CLASIFICA A SU VEZ EN EXTERNA E INTERNA DEPENDIENDO DE SI EL FLUJO DE FLUIDO ES INTERNA O EXTERNA.
• LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN DEPENDE DE LAS PROPIEDADES DEL FLUIDO, DE LA SUPERFICIE EN CONTACTO CON EL FLUIDO Y DEL TIPO DE FLUJO.
• ENTRE LAS PROPIEDADES DEL FLUIDO SE ENCUENTRAN: M, K & R
• ENTRE LAS PROPIEDADES DE LA SUPERFICIE QUE INTERVIENEN EN LA CONVECCIÓN ESTÁN LA GEOMETRÍA Y LA ASPEREZA. EL TIPO DE FLUJO

CAPA LIMITE HIDRODINÁMICA Y TÉRMICA

• CAPA LÍMITE HIDRODINÁMICA CONSIDÉRESE UNA PLACA PLANA, DONDE UN FLUJO DE FLUIDO INCIDE SOBRE ÉSTA. LA CANTIDAD SE LE LLAMA ESPESOR DE CAPA LÍMITE HIDRODINÁMICA A DEMÁS DEL ESPESOR DE LA CAPA LÍMITE, Δ, EXISTEN DOS PARÁMETROS IMPOTENTE QUE SE DEBER CALCULAR, ESTOS SON: EL COEFICIENTE DE FRICCIÓN Y EL ESFUERZO CORTANTE EN LA PARED. DONDE ÐĐ Coeficiente de fricción Donde ρ μ ts Esfuerzo de la pared

CAPA LÍMITE TÉRMICO

• SE PRODUCE UNA CAPA LÍMITE TÉRMICA SIEMPRE Y CUANDO
• SE PUEDE CONSIDERAR QUE LA DISTRIBUCIÓN DE TEMPERATURA T
• CUANDO SE ALCANZA EL EQUILIBRIO TÉRMICO LAS PARTÍCULAS DE FLUIDO EN CONTACTO CON LA PLACA ALCANZAN LA TEMPERATURA DE LA PLACA
• EL ESPESOR DE LA CAPA LIMITE SE DETERMINA POR: Dond e Ts T EL flujo de calor por unidad de área que pasa al fluido a través de la placa es

CONVECCIÓN FORZADA EN PLACA PLANA DE RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO

• CUANDO EL FLUJO SE FRENA, EL FLUIDO SE CALIENTA
• TR, PUDIÉNDOSE CALCULAR MEDIANTE LA SIGUIENTE EXPRESIÓN: DONDE EC ES EL NÚMERO DE ECKERT:
• Y R EL FACTOR DE RECUPERACIÓN R= PR (1/2) R = PR (1/3)

CONVECCIÓN FORZADA EN PLACA PLANA DE RÉGIMEN LAMINAR Y TURBULENTO ●PROPIEDADES A LA TEMPERATURA CORRESPONDIENTE O A LO LARGO DE LA PLACA

• EXPRESIÓN DEL NÚMERO DE NUSSELT:

FORMAS EMPÍRICA: DUCTOS, CILINDROS, ESFERAS, BANCOS DE TUBOS, Y METALES LÍQUIDOS

• DUCTO CIRCULAR CON RÉGIMEN LAMINAR DONDE LA DENSIDAD DE CALOR ES CONSTANTE. EL CALENTAMIENTO O ENFRIAMIENTO DE UN FLUIDO L CIRCULAR POR EL INTERIOR DE UN TUBO ●EL PROBLEMA CONSISTE EN DETERMINAR MEDIANTE UN ANÁLISIS EL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN TUBO DE SECCIÓN TRANSVERSAL CIRCULAR DONDE EL RÉGIMEN ES LAMINAR Y EL CAMPO DE VELOCIDAD SE HA DESARROLLADO POR COMPLETO, ES DECIR, EL PERFIL DE VELOCIDAD U(X, R) QUE SE ESTABLECE DE MANERA GRADUAL A PARTIR DE LA ENTRADA DEL DUETO COMO CONSECUENCIA DE LA CAPA LÍMITE, YA HA ALCANZADO UNA FORMA TAL U(R) QUE NO VARÍA CON LA DISTANCIA AXIAL X.

Integrando esta expresión con respecto al radio, Al dividir esta expresión entre 2¶∆r∆x y hacer que ∆r y ∆1x tiendan a cero, se obtiene

• PARA TENER EN CUENTA LAS VARIACIONES EN LAS PROPIEDADES FÍSICAS DEL FLUIDO CUANDO LA DIFERENCIA DE TEMPERATURAS ENTRE LA PARED DEL TUBO Y EL FLUIDO ES GRANDE, SIEDER Y TATE RECOMIENDAN LA EXPRESIÓN SIGUIENTE:
• CABE MENCIONAR QUE SI EL FLUIDO FLUYE POR UN DUCTO DE SECCIÓN TRANSVERSAL NO CIRCULAR, LAS CORRELACIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR PARA UN DUCTO CIRCULAR DE DIÁMETRO INTERIOR D PUEDEN EXTENDERSE CON FRECUENCIA A TALES DUCTOS SI SE EMPLEA EL DIÁMETRO HIDRÁULICO DH

CONVECCIÓN INTERNA FORZADA

• SE USAN TUBERÍAS CIRCULARES GENERALMENTE PARA TRANSPORTAR FLUIDOS, PORQUE HAY MENOR FRICCIÓN Y POR LO TANTO MENOR CAÍDA DE PRESIÓN Y MAYOR TRANSFERENCIA DE CALOR.
• LA VELOCIDAD DEL FLUIDO EN UN TUBO CAMBIA DE CERO EN LA SUPERFICIE, DEBIDO A LA CONDICIÓN DE NO DESLIZAMIENTO, HASTA UN MÁXIMO EN EL CENTRO DEL MISMO.

• REGIÓN DE ENTRADA
• CAPA LÍMITE DE VELOCIDAD
• REGIÓN DEL FLUJO IRROTACIONAL (CENTRAL):
• LA REGIÓN QUE EXISTE DESDE LA ENTRADA DEL TUBO HASTA EL PUNTO EN DONDE LA CAPA LÍMITE SE UNE EN LA LÍNEA CENTRAL SE LLAMA REGIÓN DE ENTRADA HIDRODINÁMICA, Y LA LONGITUD DE ESTA REGIÓN SE CONOCE COMO LONGITUD DE ENTRADA HIDRODINÁMICA, LH.

• REGIÓN DE ENTRADA TÉRMICA:^ LA REGIÓN DEL FLUJO SOBRE LA CUAL SE DESARROLLA LA CAPA LÍMITE TÉRMICA Y ALCANZA EL CENTRO DEL TUBO.
• LONGITUD DE ENTRADA TÉRMICA:^ LA LONGITUD DE ESTA REGIÓN.
• REGIÓN TÉRMICA COMPLETAMENTE DESARROLLADA TÉRMICAMENTE:^ LA ZONA QUE SE ENCUENTRA MÁS ALLÁ DE LA REGIÓN DE ENTRADA TÉRMICA, EN LA QUE EL PERFIL DE TEMPERATURAS ADIMENSIONALES, EXPRESADO COMO (TS – T)/(TS – TM), PERMANECE INALTERADO.