Conveccion Forzada En Flujos Internos

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
FACULTAD DE INGENIERIA – ESCUELA DE INGENIERIA MECATRONICA

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION FORZADA EN FLUJO INTERNO

En el análisis de la convección se quitan las dimensiones a las expresiones físicomatemáticas que modelan el mecanismo y agrupar las variables, dando lugar a los
números

adimensionales.

En

convección

se

emplean

los

siguientes

númerosadimensionales:

A) Número de PRANDTL (Pr)
Representa la relación que existe entre la difusividad molecular de la cantidad de
movimiento y la difusividad molecular del calor o entre el espesor de la capa límite de
velocidad y la capa límite térmica:

Pr 

Difusividad.Molecular.de.la.cantidad.de.movimiento   * Cp
 
Difusividad.Molecular.del.Calor

k

El número de Prandtl va desde menos de0.01 para los metales líquidos hasta más de
100.000 para los aceites pesados. El Pr es del orden de 10 para el agua.
Los valores del número de Prandtl para los gases son de alrededor de 1, lo que indica que
tanto la cantidad de movimiento como de calor se difunden por el fluido a una velocidad
similar.

El calor se difunde con mucha rapidez en los metales líquidos (Pr << 1) y con mucha
lentitud enlos aceites (Pr >> 1) en relación con la cantidad de movimiento. Esto indica
que la capa límite térmica es mucho más gruesa para los metales líquidos y mucho más
delgada para los aceites, en relación con la capa límite de velocidad. Cuanta más gruesa
sea la capa límite térmica con mayor rapidez se difundirá el calor en el fluido.
B) Número de REYNOLDS (Re)
Representa la relación que existe entrelas fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas que
actúan sobre un elemento de volumen de un fluido. Es un indicativo del tipo de flujo del
fluido, laminar o turbulento.

Re 

Fuerzas.d.inercia Uf * Lc  * Uf * Lc


Fuerzas.viscosas



TRANSFERENCIA DE CALOR Y REFRIGERACION

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- Uf es la velocidad delflujo del fluido a una distancia lo suficientemente alejada de la
superficie.
- Lc es la longitud característica: para una placa plana Lc = distancia al borde de ataque
de la placa. Para un tubo de sección circular Lc = Diámetro (D). Para un tubo de sección
no circular Lc = Diámetro hidráulico (Dhid).
-  es la viscosidad cinemática.
- Un valor grande del número de Reynolds indica régimenturbulento.
- Un valor pequeño del número de Reynolds indica régimen laminar.
- El valor del número de Reynolds para el cual el flujo se vuelve turbulento es el número
crítico de Reynolds. Este valor crítico es diferente para las diferentes configuraciones
geométricas.
- Para una placa plana Re crítico = 5 *105.
- Para tubos: si Re < 2300 el flujo es laminar. Si 2300 < Re < 10000 el flujo es de
transición.Si Re > 10000 el flujo es turbulento.
- El número de Reynolds sólo se utiliza en convección forzada.
PROBLEMA BÁSICO EN CONVECCION

Consiste en conocer el valor del coeficiente de película h. Luego se calcula la potencia


térmica mediante la Ley de Enfriamiento de Newton: Q  h A ( Tt - Ts ).
El análisis de la convección se basa en datos experimentales presentados mediante las
correlaciones. Haycasos abordarlos analíticamente, pero son pocos y no son prácticos
desde el punto de vista ingenieril.

El coeficiente de película h

Se calcula a partir del número de Nusselt pues Nu 

h*L
Nu * k
y, entonces, h 
k
L

Para calcular el número de Nusselt hay que distinguir entre convección forzada y natural.
En convección forzada el número de Nusselt es función del número de Reynolds y de
Prandtl,Nu = f (Re, Pr)

TRANSFERENCIA DE CALOR Y REFRIGERACION

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3. FLUJO LAMINAR Y FLUJO TURBULENTO
La magnitud de calor transmitido depende fuertemente del tipo de flujo: laminar o
turbulento.
LAMINAR: Las fuerzas viscosas predominan sobre las de inercia. Movimiento del fluido
ordenado, líneas de corriente...