Conveccion

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convección El modo de transferencia de calor por convección se compone de dos mecanismos de transporte, que son, la transferencia de energía debido al movimiento aleatorio de las moléculas (difusión térmica) y el movimiento global o macroscópico del fluido. El movimiento del fluido del fluidos se asocia con el hecho de que, en cualquier instante, grandes números de moléculas se mueven de formacolectiva o como agregados. La transferencia de calor se clasifica de acuerdo con la naturaleza del flujo. Se habla de convección forzada cuando el flujo es causado por medios externos, tales como: ventilador, bomba o vientos atmosféricos. Por otra parte, en la convección natural (o libre) el flujo es inducido por fuerzas de empuje que surgen a partir de la diferencia de densidad ocasionada por lavariación de la temperatura en los fluidos. La transferencia de calor por convección ocurre en una región de interfase entre un fluido en movimiento y una superficie sólida, entre dos líquidos inmisibles en movimiento relativo y entre un gas y un líquido que tiene movimiento relativo, que están a diferentes temperatura. En la Figura 4.1, se muestra el perfil de velocidad típico presente en laregión de la interface, conocida como capa límite, zona en la cual ocurre el fenómeno de convección. Sin importar la naturaleza particular del proceso de transferencia de calor por convección, el flujo de calor por unidad de área, es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie ( ) y del fluidos que la rodea ( ). La ecuación que modela adecuadamente éste fenómeno se conoce como Ley deenfriamiento de Newton y se expresa de la siguiente forma:

(4.1) Donde q es el flujo de calor por unidad de área expresada en W/m2 y h es el coeficiente de convección (también llamado coeficiente de película o fílmico) expresado en W/m2°K. 4.1. fundamentos de la convección 4.1.1. Planteamiento de un problema de convección Considere la condición de flujo de la Figura 4.1, donde el fluido convelocidad y temperatura fluye sobre una superficie de forma arbitraria y de área A. Se supone que por lo que produce un flujo de calor local hacia el fluido, dado por la ecuación de Newton. La transferencia de calor total que pasa a través de la superficie A se determina integrando el flujo de calor por unidad de área sobre el área, es decir:

(4.2) Se define el coeficiente de convección promediosobre toda la superficie A, como:

1

(4.3) Luego al iguala las ecuaciones (4.2) y (4.3) se obtiene una relación entre el coeficiente de convección local y promedio

(4.4) Para el caso de un problema sobre una placa plana de longitug x, la ecuació (4.4) se reduce a:

(4.5) Como se podrá notar el problema de transferencia de calor por convección consite en determinar el coeficientepromedio de conveción 4.1.2. capa límite de convección 4.1.2.1. Capa límite hidrodimámica Considerece una placa plana, como la Figura 4.2, donde un flujo de fluido incide sobre ésta. Las partícula de fluido al hacer contacto con la placa adquiren una velocidad relativa a la placa nula. Éstas partícula actuán por efecto de la viscosidad sobre las capas contiguas retardando su movimiento, asísucesivamente, hasta que a una distancia y = los efectos se hacen insignificante, esto como conscuencia de que la velocidad del fluido se hace igual a la velocidad de corriente libre. La cantidad se le llama espesor de capa límite hidrodinámica y se define como:

(4.6) Cuando el fluido choca con la placa se producen dos regiones perfectamente definidas, la primera región, llamada capa límite, que secaracteriza por una capa muy delgada en los que los gradientes de velocidad y esfuerzos corte son grandes. La segunda región, llamada flujo de potencia, se encuentra fuera de la capa límite y los gradientes de velocidad y esfuerzos cortantes son insignificantes. A demás de el espesor de la capa límite, , existen dos parámetros impotente que se deber calcular, estos son: El coeficiente de fricción y el...
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