conveccion externa forzada

*CONVECCION EXTERNA FORZADA

CONVECCIÓN

La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de a sustancia. Convección Natural Convección Forzada

CONVECCIÓNLey de enfriamiento de Newton

*Donde: h=coeficiente de transferencia de calor por convección, W/m2 ,˚C As=área superficial de transferencia de calor, m2 Ts=temperatura de la superficie, ˚C Ts=temperatura del fluido suficientemente lejos de la superficie, ˚C

(W/m))

(W/m2 *˚C)

CONVECCIÓN

Numero de Nusselt

Donde:

*k es la conductividad térmica del fluido

*Lc es la longitud característica.

Entre mayor sea el número de Nusselt, más eficaz es la convección. Un número de Nusselt de Nu=1 para una capa de fluido representa transferencia de calor a través de ésta por conducción pura.

CONVECCIÓN

Numero de Prandtl

Describe el espesor relativo de la capas límites de velocidad y térmicas de forma adimensional y está definido como:

Donde:

*µ = Viscosidad dinámica

*Cp= Calor especifico del fluido

*K = Conductividad térmica del fluido

CONVECCIÓN

Número de ReynoldsLa transición de flujo laminar a turbulento depende de la configuración geométrica de la superficie, de la aspereza superficial, de la velocidad del flujo, de la temperatura de la superficie y del tipo de fluido, entre otras cosas. el régimen de flujo depende principalmente de la razón de las fuerzas de inercia a las fuerzas viscosas en el fluido.Donde: V es la velocidad corriente superior (equivalente a la velocidad de la corriente libre para una placa plana)Lc es la longitud característica de la configuración geométrica v= es la viscosidad cinemática del fluido.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADA

la convección externa forzada es aquel mecanismo de transferencia de calor entre una superficie y un fluido con movimiento que fluye alrededor de la misma, el cual es forzado a circular a través de esta por algún equipo donde se hace variar la presión del fluido de trabajo. La velocidad del fluido en relación con un cuerpo sólido sumergido, suficientemente lejos de éste (fuera de la capa límite) se llama velocidad del flujo libre. Suele tomarse como igual a la velocidad corriente arriba, V, también llamada velocidad de aproximación, la cual es la velocidad del fluido que se aproxima, lejos y adelante del cuerpo.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADALa fuerza en la dirección del flujo que ejerce un fluido cuando se desplaza sobre un cuerpo se llama arrastre.Un fluido en reposo sólo ejerce fuerzas de presión perpendiculares a la superficie de un cuerpo sumergido en él. un fluido en movimiento también ejerce fuerzas cortantes tangenciales a la superficie debido a la condición de no deslizamiento causada por los efectos viscosos. La fuerza de resistencia es la ejercida por un fluido sobre un cuerpo en la dirección del flujo debida a los efectos combinados de la fuerza cortante y las fuerzas de presión.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADALa fuerza de resistencia al movimiento FD* depende de la densidad r del fluido, la velocidad corriente arriba, V, y del tamaño, forma y orientación del cuerpo, entre otras cosas. Las características de resistencia al movimiento de un cuerpo se representan por el coeficiente de resistencia al movimiento, o de arrastre, adimensional CD definido como:Coeficiente de resistencia:

donde A es el área frontal (el área proyectada sobre un plano perpendicular a la dirección del flujo) para los cuerpos no currentilíneos (cuerpos que tienden a bloquear el flujo). Por ejemplo, el área frontal de un cilindro de diámetro D y longitud L es A=LD. Para flujo paralelo sobre placas planas o superficies aerodinámicas delgadas, A es el área superficial.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADALa parte de la fuerza de resistencia que se debe directamente a la fuerza cortante en la pared se llama resistencia al movimiento, o arrastre, por la fricción superficial, ya que es causada por efectos de fricción, y aquella que se debe directamente a la presión P se llama resistencia al movimiento, o arrastre, por la presión (también llamada resistencia al movimiento por la forma, debido a su fuerte dependencia de la forma del cuerpo).

*depende de la orientación del cuerpo así como de la magnitud del esfuerzo cortante .*La resistencia al movimiento por la fricción es cero para una superficie perpendicular al flujo y es máxima para una superficie paralela a éste. Ya que en este caso es igual a la fuerza cortante total sobre la superficie.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADAPara el flujo paralelo sobre una placa plana, el coeficiente de resistencia es igual al coeficiente de resistencia al movimiento por la fricción o, simplemente, al coeficiente de fricción.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADALos fenómenos que afectan la fuerza de resistencia al movimiento también afectan la transferencia de calor y este efecto aparece en el número de Nusselt. y

Relación de la ley de las potencias de la forma.Donde:m y n son exponentes constantes y el valor de la constante C depende de la configuración geométrica y del flujo.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADALa temperatura del fluido en la capa límite térmica varía desde Ts, en la superficie, hasta alrededor de T∞, en el borde exterior de esa capa. Las propiedades del fluido suelen evaluarse a la llamada temperatura de película, definida como:

la cual es el promedio aritmético de las temperaturas de la superficie y del flujo libre.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADAFLUJO PARALELO SOBRE PLACAS PLANASLa transición de flujo laminar hacia turbulento depende de la configuración geométrica de la superficie, de su aspereza, de la velocidad corriente arriba, de la temperatura de superficie y del tipo de fluido, entre otras cosas, y se le caracteriza de la mejor manera por el número de Reynolds.

El número de Reynolds varía para una placa plana a lo largo del flujo, hasta llegar a ReL =VL /v al final de la misma.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADACOEFICIENTE DE FRICCIÓN

donde x es la distancia desde el borde de ataque de la placa y Rex =Vx/v es el número de Reynolds en la ubicación x.

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADACOEFICIENTE DE FRICCIÓN PROMEDIO

CONVECCIÓN EXTERNA FORZADANusselt en una ubicación x, para el flujo laminar sobre una placa plana, es:


Resulta conveniente tener una sola correlación que se aplique a todos los fluidos. Mediante el ajuste de una curva obtenida con datos ya existentes, Churchill y Ozoe (1973) propusieron la siguiente relación, la cual es aplicable para todos los números de Prandtl y se afirma que es exacta hasta (+-)1%.

*superficies isotérmicas.*se supone que las superficies son lisas y que en la corriente libre no hay turbulencia.


FLUJO UNIFORME DE CALORCuando una placa plana se sujeta a flujo uniforme de calor en lugar de a temperatura uniforme, el número de Nusselt local se expresa por:

Cuando se prescribe el flujo de calor q · s, la razón de la transferencia de calor hacia la placa, o desde ésta, y la temperatura superficial a una distancia x se determinan a partir de:Donde As es el área superficial de transferencia de calor.


CILINDROS Y ESFERASEl numero de Re, para superficies de este tipo esta denominado por: Re=VD/v, donde V es la velocidad uniforme del fluido al aproximarse al cilindro o esfera. El número de Reynolds crítico para el flujo que pasa a través de un cilindro circular o una esfera es alrededor.


CONVECCIÓN EXTERNA FORZADA EN BANCO DE TUBOSALINEADO

ESCALONADO

conveccion externa forzada

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