Conveccion

Convección

Definición de convecció n: Mecanismo de trasferencia de calor que se caracteriza por la presencia de una pared a una temperatura dada y de un fluido en movi miento que incide sobre dicha pared.

U∞

T∞

Ts > T∞

qc

Ts
Definición de convección T∞ : Denota a la te mperatura de la corriente no perturbada U ∞ : Denota la velocidad de la corriente Las condiciones de corrientelibre se suceden en los valores de U ∞ y T∞ no ca mbian. La ecuación de Newton establece:

q = hAs (Ts − T∞ )
Es i mportante recordar el carácter empírico que tiene la ecuación de Ne wton Clasificación de la convección. A continuación se presenta clasificación de la convección: un diagrama que esque matiza la

Interna Forzada Externa Convección Interna Natural o Libre

ExternaClasificación de la convección Se deno mina convección forzada a la convección en donde el fluido es inducido por un agente mecánico. Ej. Bo mba, Ventilador. Se deno mina convección natural o libre aquella donde el flujo se induce por cambio de densidades. El adjetivo interno y externo se refiere al confinamiento del flujo. Si la circulación del fluido se realiza a través de un espacio cerrado Ej.Tubería, se dice que el flujo es interno, por el contrario si el flujo no se encuentra confinado, se le da el adjetivo de externo. Ej. El flujo de aire impulsado por un ventilador. A continuación se presentan los valores típicos del coeficiente de transferencia de calor por convección, h Valores Típicos de h Proceso h(W / m 2 k )

Convección natural Gases Líquidos Convección Forzada Gases LíquidosConvección con cambios de fase Ebullición o Condensación

2-25 50-1000 25-250 50-20000 2500-100000

Número de Nusselt. El nú mero de Nusselt corresponde al coeficiente de transferencia de calor por convección adimensional y se determina de la siguiente manera.

y

q cond = q conv Figura 4.2 Número de Nusselt Realizando una equivalencia entre el calor que se transmite por conducción y eldeterminado por convección se tiene:

hA (Ts − T∞ ) = − k f A

∂T ∂y

pared

Es i mportante destacar que la ecuación anterior no proviene de un balance de calor, sino de una equivalencia entre el mecanismo de conducción en la pared y la ecuación empírica de Newton. De la ecuación anterior se desprende que:

−kf h=

∂T ∂y pared Ts − T∞

Antes de seguir adelante es conveniente reconocer quesegún la ecuación anterior el coeficiente de transferencia de calor por convección, h depende de la conductividad térmica del fluido de la diferencia de temperaturas y del gradiente de temperaturas en la pared. Precisamente, esta última dependencia nos hacer intuir la dependencia indirecta con la distribución de velocidades ya que la for ma que adquiera la distribución de temperatura dependerá delperfil de velocidades en las inmediaciones de la pared. Es esta observación la que permite reconocer la intima relación entre el problema Fluidodinámico y el problema tér mico, presentes en la convección. Siguiendo adelante, realizaremos conveniente de la ecuación anterior. una adi mensionalización

Si en la ecuación anterior se introducen las siguientes variables adimensionales;

θ=

T− T∞ ; Te mperatura adimensional Ts − T∞
y ; L Coordenada adimensional longitud característica convenientemente

Y = donde L es seleccionada. una

La ecuación se transforma a:

h=

−kf

∂T ∂Y L

y =0

Reescribiendo la ecuación anterior se obtiene:

Nu =

∂θ hL =− ∂Y kf

y =0

Donde, Nu, designa al Número de Nusselt. W ilhelm Nus selt , Ingeniero Alemán que realizo notablescontribuciones al estudio de la transferencia de calor, otorgándole en su honor al parámetro adi mensional, hL/kf, el nombre de nú mero de Nusselt.

En general el estudio de la convección pretende determinar h, o bien en for ma adi mensional, el número de Nusselt.

Métodos de obtención del Número de Nusselt.
Existen dos formas de determinar el número de Nusselt, una de ellas es la...