conveccion forzada

I. INTRODUCCIÓN
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección. En ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, latransferencia de calor entre una superficie sólida y el fluido adyacente es por conducción pura. La presencia de movimiento masivo del fluido acrecienta la transferencia de calor entre la superficie sólida y el fluido, pero también complica la determinación de las razones de esa transferencia. [1]
La convección recibe el nombre de convección forzada si el fluido es forzado a fluir sobre la superficiemediante medios externos como un ventilador, una bomba o el viento. Como contraste, se dice que es convección natural (o libre) si el movimiento del fluido es causado por las fuerzas de empuje que son inducidas por las diferencias de densidad debidas a la variación de la temperatura en ese fluido. [1]
A pesar de la complejidad de la convección, se observa que la rapidez de la transferencia de calorpor convección es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa en forma conveniente por la ley de Newton del enfriamiento como:
Q=hAsTs-T∞ (W) Ec. 1.1
Dónde:
h: coeficiente de transferencia de calor por convección, en W/m2 . °C
As: área superficial de transferencia de calor por convección, m2
Ts: temperatura de la superficie, °C
T∞:temperatura del fluido suficientemente alejado de esta superficie, °C
Flujo natural (o no forzado) en comparación con el forzado
Se dice que el flujo de un fluido es natural o forzado, dependiendo de la manera en que se inicia el movimiento de ese fluido. En el flujo forzado, se obliga a un fluido a desplazarse sobre una superficie o dentro de un tubo por medios externos, como una bomba o unventilador. En los flujos naturales, cualquier movimiento del fluido se debe a medios naturales, como el efecto de flotación, que se manifiesta como la subida del fluido cálido (y, por consiguiente, más ligero) y la caída del más frío (y, por lo tanto, más denso). [1]
Número de Nusselt
En los estudios sobre convección, es práctica común quitar las dimensiones a las ecuaciones que rigen y combinar lasvariables, las cuales se agrupan en números adimensionales, con el fin de reducir el número de variables totales. También es práctica común quitar las dimensiones del coeficiente de transferencia de calor h con el número de Nusselt, que se define como
Nu=hLck Ec. 1.2
En donde
k es la conductividad térmica del fluido
Lc es la longitud característica.Este número recibió el nombre en honor de Wilhelm Nusselt, quien realizó contribuciones significativas a la transferencia de calor por convección durante la primera mitad del siglo xx, y se concibió como el coeficiente adimensional de transferencia de calor por convección.[1]
El número de Nusselt representa el mejoramiento de la transferencia de calor a través de una capa de fluido comoresultado de la convección en relación con la conducción a través de la misma capa. Entre mayor sea el número de Nusselt, más eficaz es la convección.[1]
Numero de Prandtl (Pr)
Es un número adimensional proporcional al cociente entre la difusividad de momento (viscosidad) y la difusividad térmica. Se define como:
Pr=Difusividad molecular de la cantidad de movimientoDifusividad molecular delcalor=να=μCpk Ec. 1.3
En donde:
ν: es la viscosidad cinemática.
α :es la difusividad térmica.
Cp : es la capacidad calorífica a presión constante.
μ : es la viscosidad.
k : es la conductividad térmica.
Su nombre se debe a Ludwig Prandtl, quien introdujo el concepto de capa límite en 1904, y realizó colaboraciones significativas a la teoría de la capa límite. Los números de Prandtl de los fluidos...