Clase14

Fenómenos de Transporte. Licenciatura en Ciencia y Tecnología de Alimentos Licenciatura en Ciencia y Tecnología Ambiental Licenciatura en Biotecnología y Biología Molecular

TRANSFERENCIA DE ENERGIA POR CONVECCION -La transferencia de energía por convección involucra el transporte de energía a través del movimiento continuo de elementos de volumen de un fluido. -Esto implica que para poderevaluar los perfiles de temperatura y los flujos de energía en un sistema con convección es necesario conocer previamente los perfiles de velocidad. Es decir que debe resolverse el balance microscópico de cantidad de movimiento. -Esta metodología sólo puede aplicarse a sistemas muy simples y de poco interés práctico. -No obstante, su empleo es útil ya que permite entender ciertos fenómenos básicos yademás muchas de las ecuaciones resultantes pueden luego resolverse por solución numérica. -Existen dos tipos de transporte de energía por convección según cual sea la fuerza impulsora que la genere: -Convección Forzada: el movimiento del fluido es generado por fuerzas impulsoras externas. Por ejemplo: aplicación de gradientes de presión con una bomba, un soplador, etc. -Convección Natural: elmovimiento del fluido es generado por variaciones de densidad. Estas a su vez pueden ser producidas por la existencia de gradientes de temperatura o de concentración en el seno del fluido. -Se ve que en la convección natural la transferencia de energía depende del movimiento del fluido y a su vez éste depende del gradiente de temperatura que lo origina. Por lo tanto, esto produce un "acoplamiento"de las ecuaciones gobernantes, ya que deben ser resueltas simultáneamente. SISTEMATICA DEL PLANTEO DE LAS ECUACIONES GOBERNANTES EN CONVECCION -Supongamos que tenemos transferencia de energía por convección forzada en un fluido newtoniano de ρ, μ y k constantes. La sistemática en el planteo de las ecuaciones gobernantes del sistema es la siguiente:

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1)Plantear la ecuación de continuidad 2)Plantear el balance microscópico de cantidad de movimiento 3)Introducir la ecuación de continuidad en el balance microscópico de cantidad de movimiento 4)Plantear las condiciones de contorno 5)Integrar para obtener elperfil de velocidades: v=v(x,y,z,t) 6)Plantear el balance microscópico de energía interna 7)Introducir el perfil de velocidades v=v(x,y,z,t) en el balance microscópico de energía interna 8)Plantear las condiciones de contorno 9)Integrar para obtener el perfil de temperatura: T=T(x,y,z,t) -Sin embargo, en aquellos casos en los que existen propiedades fisicoquímicas del fluido que dependenfuertemente de la temperatura (como por ejemplo la viscosidad) o en casos de convección natural el planteo anterior se ve modificado. -Por ejemplo si μ varía marcadamente con T no es posible obtener v=v(x,y,z,t) pues previamente se debería conocer T=T(x,y,z,t). -En este caso las ecuaciones gobernantes están "acopladas" y deben resolverse simultáneamente (lo cual es muy difícil) o se debe suponer unafuncionalidad de la propiedad en cuestión con la temperatura que las desacople. Por ejemplo suponer que μ es una función lineal de T. -Para convección natural, donde la fuerza impulsora es el gradiente de temperatura la resolución es numérica e iterativa: • se supone un perfil de temperatura • se calcula el perfil de velocidad • se calcula el perfil de temperatura • se compara con el perfil detemperatura supuesto • se prosigue hasta lograr convergencia

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CONVECCION FORZADA EN UN CONDUCTO CON TEMPERATURA DE PARED CONSTANTE Y FLUJO LAMINAR Objetivo: obtener el perfil de temperatura en un fluido que circula por...