Transferencia de calor por convección

Convección

A modo de introducción: Uno de los principales objetivos que persigue este capítulo, es dar a conocer los métodos de cálculo de transferencia de calor por convección y las alternativas de estimar el valor del coeficiente h.

Convección FLUJOS DE LA CAPA LÍMITE: Según la teoría molecular, cuando un fluido empieza a fluir bajo la influencia de la gravedad, las moléculas de lascapas estacionarias del fluido deben cruzar una frontera o límite para entrar en la región de flujo. Una vez cruzado el límite, estas moléculas reciben energía de las que están en movimiento y comienzan a fluir. Debido a la energía transferida, las moléculas que ya estaban en movimiento reducen su velocidad. Al mismo tiempo, las moléculas de la capa de fluido en…

Convección ….movimiento cruzan ellímite en sentido opuesto y entran en las capas estacionarias, con lo que transmiten un impulso a las moléculas estacionarias. El resultado global de este movimiento bidireccional de un lado al otro del límite es que el fluido en movimiento reduce su velocidad, el fluido estacionario se pone en movimiento, y las capas en movimiento adquieren una velocidad media.

Convección

EFECTOS DEL CALORLa viscosidad de un fluido disminuye con la reducción de densidad que tiene lugar al aumentar la temperatura. En un fluido menos denso hay menos moléculas por unidad de volumen que puedan transferir impulso desde la capa en movimiento hasta la capa estacionaria. Esto, a su vez, afecta a la velocidad de las distintas capas. El momento se transfiere con más dificultad entre las capas, y laviscosidad disminuye.

Convección

En algunos líquidos, el aumento de la velocidad molecular compensa la reducción de la densidad. Los aceites de silicona, por ejemplo, cambian muy poco su tendencia a fluir cuando cambia la temperatura, por lo que son muy útiles como lubricantes cuando una máquina está sometida a grandes cambios de temperatura.

Convección Flujo Viscoso: Los fluidos reales siempreexperimentan al moverse ciertos efectos debidos a fuerzas de rozamiento o fuerzas viscosas. Así, la viscosidad es responsable de las fuerzas de fricción que actúan entre las capas del fluido. En los líquidos, esta surge de las fuerzas de cohesión entre las moléculas de la sustancia. La viscosidad en los líquidos disminuye con la temperatura, mientras que lo contrario sucede con los gases. Si unfluido no tiene viscosidad fluiría por un tubo horizontal sin necesidad….

Convección …de aplicar ninguna fuerza, su cantidad de movimiento sería constante. En un fluido real, sin embargo, para mantener un caudal de fluido estable debe mantenerse una diferencia de presiones entre los extremos de la tubería.
Flujo Laminar Flujo Turbulento

Convección
Al contacto con la lamina se empiezan anotar los efectos de las fuerzas viscosas descrita en términos de esfuerzo cortante y es proporcional a la viscosidad y al gradiente de velocidad de deformación.

Ley de viscosidades de Newton

Convección

La longitud a la cual se puede estimar comienza la zona de transición viene dada por la siguiente relación:
Depende de las condiciones de rugosidad de la placa

Esta agrupación devariables recibe el nombre de Re, que para este caso corresponde a un fluido libre sobre un placa estacionaria.

Convección

Ecuación diferenciales de convección: a. Conservación de la masa (flujo másico que entra igual al que sale)

Convección

Ecuación diferenciales de convección: b. Conservación de la cantidad de movimiento
Flujo incompresible, estable, viscosidad constante y sedesprecian la fuerzas viscosas en la dirección de y

Convección

Ecuación diferenciales de convección: c. Conservación de la energía

Flujo incompresible, estable, propiedades constante y conducción de calor en las direcciones de x y y

Convección

Ecuación diferenciales de convección: c. Conservación de la energía
Para flujo laminar se escribe

Convección

Para una placa plana...