Trnsferencia de calor

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INTRODUCCION

1. MECANISMO FISICO DE LA CONECCION NATURAL
2. DEDUCIR LAS ECUACIONES QUE MODELAN LA CONVECCION NATURAL.
3. EVALUAR EL NUMERO DE NUSSELT PARA LA CONVECCION NATURAL, ASOCIADA CON PLACAS, CILINDROS Y ESFERAS.
4. OBTENER EL ESPACIAMIENTO OPTIMO DE ALETAS , PARA LA CONVECCION NATURAL.
5. ANALIZAR LA CONVECCION NATURAL Y FORZADA.

1. MECANISMO FISICO DE LA CONVECCION NATURALIniciamos explicando la convección natural, y cuál es el mecanismo físico de la misma, la convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por intermedio de un fluido (aire, agua) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Estos, al calentarse, aumentan devolumen y, por lo tanto, su densidad disminuye y ascienden desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio de las corrientes ascendente y descendente del fluido.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porcionescalientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a lasdiferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

Donde h es el coeficiente de convección (ó coeficiente de película), As es el área del cuerpo en contacto con el fluido, Ts es la temperatura en la superficie del cuerpo y es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

2.DEDUCIR LAS ECUACIONES QUE MODELAN LA CONVECCION NATURAL.
El estudio de la convección natural se basa de dos principios de la mecánica de fluidos Conservación de masa, Conservación de momento y el principio de termodinámica que es la conservación de energía. Las ecuaciones mencionadas se reducen al tomar en cuenta las siguientes suposiciones:



La convección Natural tiene un parámetrollamado coeficiente de expansión volumétrica de expansión termal . Dicho coeficiente define la variación del volumen cuando se cambia la temperatura, es decir la expansión de las partículas para tener convección natural, se expresa como:

Si asumimos que el fluido se comporta como un gas ideal, la ecuación se reduce a la siguiente forma:

De las tres ecuaciones diferenciales resulta elnumero a dimensional de Grashof, gr, que sirve para determinar el coeficiente de conectividad en convección natural.


El numero de Grashof es similar al número de Reynolds, es decir, tienen el mismo significado físico (relación de fuerzas de movimiento entre fuerzas de resistencias o viscosas); el numero de Grashof es utilizado en convección natural mientras que el numero de Reynolds seemplea en convección forzada.
Si el flujo de calor es constante s tiene el número de Grashof modificado,

El coeficiente de convección en la convección natural esta en función de los siguientes parámetros:


Los números a dimensionales son obtenidos mediante técnicas experimentales tales como técnicas con burbujas de hidrogeno, técnicas ópticas y técnicas de interferometria holográfica. Conesta última técnica fueron desarrollados los experimentos con los cuales posteriormente se estarán trabajando.
En convección natural también se define otro número a dimensional llamado Raileigh, Ra:

3. EVALUAR EL NUMERO DE NUSSELT PARA CONVECCION NATURAL ASOCIADA CON PLACAS, CILINDROS Y ESFERAS.
Numero de Nusselt: (Nu)
Representa el gradiente de temperatura a dimensional en la superficie...
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