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Práctica 6 de el laboratorio, la calificación no fue la mejor, espero que puedan basarse en esto y obtener el 10.
Tipo: Ejercicios
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La transferencia de calor por convección se efectúa debido a una diferencia de temperatura y un fluido en movimiento. La convección se clasifica en convección natural y en convección forzada. En el primer caso el movimiento del fluido es de forma natural debido a la fuerza de flotación causada por su calentamiento, mientras que en el segundo caso el movimiento de flotación se debe a una fuerza externa que desplaza al fluido, como la ejercida por un ventilador o un compresor. La tasa de transferencia de calor está dada por la ley de enfriamiento de Newton: Donde As [m2] es el área superficial de transferencia de calor, h [W/m2 oC] es el coeficiente convectivo de transferencia de calor, Ts [°C] es la temperatura media de la superficie de transferencia y T∞ [°C] la temperatura media del fluido circundante. El coeficiente convectivo de transferencia de calor depende de las propiedades del fluido (viscosidad, densidad, conductividad térmica, capacidad térmica específica,
conducción pura, mientras que entre más grande sea indica que la convección aumenta y por lo tanto la transferencia de calor también. Siendo h el coeficiente convectivo mencionado, L la longitud y k [W/m K] la conductividad térmica. Es importante señalar que debido a la definición del número de Nusselt la conductividad térmica que aparece en la expresión anterior corresponde a la del fluido y no debe de confundirse con la del sólido. Número de Prandtl. Es la relación de las difusividades moleculares de cantidad de movimiento y la de calor. Un número de Prandtl (Pr) igual a la unidad indica que cantidad de movimiento y el calor se disipan a la misma velocidad, para Pr menores a la unidad el calor se difunde más rápido que la cantidad de movimiento, mientras que para Pr mayores a uno se difunde más lento. Transferencia de calor por convección con flujo paralelo a una placa plana vertical. Cuando se tiene un flujo con una temperatura del fluido distinta al de una placa plana se tiene un problema en donde las capas límites (de velocidad y térmica) cambian con respecto a lo largo de la placa, por lo que tanto el coeficiente convectivo h y el número de Nusselt Nu varían con respecto a la longitud paralela al flujo. El número de Nusselt local en una placa plana se puede calcular según el tipo de flujo (laminar, transición o turbulento), el tipo de calentamiento en la placa (flujo de calor constante o temperatura constante, por ejemplo), el tipo de transferencia
convectiva (natural o forzada), la inclinación de la placa (horizontal o vertical, o inclinaciones intermedias). Por ejemplo, para flujo laminar o turbulento en convección forzada sobre una placa plana cuya temperatura de pared es constante, el número de Nusselt varía de acuerdo a los números de Reynolds y Prandtl mediante: En la práctica son más utilizados valores promedios sobre toda la placa. En la Figura 6.1 se puede observar una representación del comportamiento local y promedio del coeficiente convectivo. El número de Nusselt promedio para una placa plana, dentro de las condiciones mencionadas anteriormente, se determina con las siguientes ecuaciones: Finalmente, la correlación que engloba a ambos regímenes de flujo, laminar o turbulento, en convección forzada cuando la temperatura en la pared es uniforme, es: Cuando la convección es natural, el coeficiente de transferencia de calor promedio que engloba el régimen laminar y turbulento cuando la temperatura de la pared es uniforme se obtiene de: Es importante señalar que las propiedades del fluido como densidad, capacidad térmica específica, viscosidad, conductividad térmica y coeficiente volumétrico de expansión térmica, se calculan a la temperatura media entre la temperatura de la pared y del fluido.
Aparato de convección libre y forzada.
Para observar los cálculos realizados:https://docs.google.com/spreadsheets/d/18D-EKTqhcN79cNCv0Nu 3ZnUdKWVsDLHbgHORLH8sfM/edit?usp=sharing
1.- ¿Qué sucede con la temperatura de la placa al aumentar la velocidad de aire y a qué se debe? La temperatura disminuye por el aire que pasa por la placa a una temperatura menor. 2.- ¿Cómo varía el coeficiente convectivo en relación a la velocidad en convección forzada y por qué? Graficar. El coeficiente convectivo va en aumento, porque aumenta la velocidad del aire y este es directamente proporcional.
4.- ¿Cuáles son las formas de incrementar la transferencia de calor? Las técnicas existentes para aumentar la transferencia de calor pueden ser pasivas (no requieren aplicación directa de energía externa) o activas (requiriendo energía externa). Las técnicas pasivas incluyen superficies rugosas, superficies extendidas, promotores desplazados, y dispositivos de flujo tipo vortex. 5.- ¿Porqué en convección natural se utiliza el parámetro adimensional de Grashof o Rayleigh y no el de Reynolds? Porque estos relacionan las fuerzas de flotabilidad que en este experimento no se consideran.
Aunque el proceso fue tardado y los cálculos algo revueltos esta práctica muestra la importancia de conocer el efecto del aire en diferentes objetos, principalmente como enfriamiento para nuestros objetos cotidianos.
Todoproductividad (Octubre 15, 2011). Aumentando la transferencia térmica en los intercambiadores de calor, TODOPRODUCTIVIDAD. de: http://todoproductividad.blogspot.com/2011/10/aumentando-la-transferencia-termica- en.html Ingeniería térmica (Diciembre 7, 2016). Cómo el número de Rayleigh relaciona la conducción y la convección, PIROBLOC. de: https://www.pirobloc.com/blog-es/numero-rayleigh-relaciona-la-conduccion-la-conve ccion/
