transferencia de calor





UNIDAD 4
-CONVECCION FORZADA-


alivianence perrillos ! saludos del tec









Coveccion forzada.
-Fundamentos físicos.
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. Elmovimiento del fluido del fluidos se asocia con el hecho de que, en cualquier instante, grandes números de moléculas se mueven de forma colectiva 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 laconvección natural (o libre) el flujo es inducido por fuerzas de empuje que surgen a partir de la diferencia de densidad ocasionada por la variación 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 quetiene movimiento relativo, que están a diferentes temperatura. En la Figura 4.1, se muestra el perfil de velocidad típico presente en la región 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 detemperatura entre la superficie ('Convección') y del fluidos que la rodea ('Convección'). La ecuación que modela adecuadamente éste fenómeno se conoce como Ley de enfriamiento de Newton y se expresa de la siguiente forma:
'Convección'
(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 ofílmico) expresado en W/m2°K.



-Convección forzada sobre una placa plana.
Capa Límite
Supongamos una placa plana como la indicada en la figura 4.1. Sobre dicha placa, circula un fluido en
dirección paralela a la misma. El fluido se aproxima, a la placa con una velocidad v∞, La placa ejercerá una perturbación sobre el flujo del fluido, pero esta perturbación se manifiesta en una zona deinfluencia que se extiende hasta una cierta distancia de su superficie, de modo que fuera de dicha zona, la velocidad del fluido será también v∞.








Llamaremos capa límite a la zona de flujo perturbado en la que la placa ejerce su influencia sobre el fluido. Puesto que las soluciones teóricas predicen que la velocidad crece hacia v∞ en forma asintótica, en realidad se acostumbra definir lacapa límite como la zona en que la velocidad del fluido está comprendida entre un valor cero y un valor igual a 0,99 v∞. Veremos a continuación como se manifiesta la perturbación ejercida por la placa y como se modifica el campo de velocidades dentro de la capa límite.
Esfuerzos de corte en un fluido en movimiento Cuando el fluido, que se aproxima con velocidad v∞, toma contacto con la placa,aparecen sobre el mismo, esfuerzos de tensión que tienden a frenar las capas de fluido más próximas a la superficie del sólido. Puede pensarse en este efecto con el simple razonamiento del principio de acción y reacción. El efecto que el fluido ejerce sobre la placa, es una fuerza que tiende a arrastrar a ésta. Por lo tanto, el efecto que la placa ejerce sobre el fluido es de sentido contrario ytiende a frenarlo. Si la placa está impedida de moverse, el resultado es que el fluido comienza a frenarse, Este efecto, empieza a manifestarse en las capas de fluido más cercanas a la superficie sólida. La capa de fluido inmediatamente adyacente a la placa se frena por completo, y a su vez, esta capa tiende a frenar a las contiguas, desarrollándose un perfil de velocidades como se muestra en la...