Conveccion libre y forzada

LABORATORIO DE FLUIDOS SÓLIDOS Y TRANSFERECIA DE CALOR
CONVECCION LIBRE Y FORZADA

Germán Cabrera - 243980, Yenny Cubides - 244238, Adriana Moreno Triviño - 244161, Juan Felipe Romero - 244188, Hernán Sierra -244194, Leonardo Triana - 244198

OBJETIVOS
OBJETIVOS GENERALES
* Establecer el comportamiento de los diferentes tipos de convección, libre y forzada interna, y determinar suincidencia en el coeficiente de transferencia de calor de la fase líquida.
* Determinar el mecanismo que ocurre en la fase de vapor cuando se cede calor desde esta hasta la fase liquida junto con sus implicaciones energéticas.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS
* Realizar el balance de energía y determinar sus pérdidas.
* Determinar el tipo de convección dada en la práctica, utilizando para ellolos criterios de la literatura.
* Establecer las ecuaciones apropiadas para determinar los coeficientes de película teóricos para el agua y para el vapor.
* Determinar los coeficientes de película prácticos para el agua y el vapor.
* Representar gráficamente el log (Nu) vs log [(Gr)(Pr)] y desarrollar una ecuación empírica aproximada mediante una técnica de ajuste.

Figura 1.Equipo para el desarrollo de la convección libre y forzada.
1. MARCO TEÓRICO
La transferencia de calor debida a la convección se relaciona con el campo de energía que ocurre entre una superficie y un fluido en movimiento. Debe hacerse una distinción entre convección forzada, en la cual se hace pasar un flujo por una superficie sólida usando un medio impulsor, tal como un ventilador o una bomba yla convección libre o natural, en la que el fluido mas caliente (o mas frío), que se encuentra próximo a la frontera sólida, ocasiona la circulación a causa de la diferencia de densidades que resulta de la variación de temperatura en una región del fluido.
La ecuación de energía de la capa límite laminar viene dada por:

u∂T∂x+u∂T∂y=α∂2T∂y2+μρcp+∂u∂y2 (1)
El lado izquierdo representa eltransporte neto de energía hacia el volumen de control, y el lado derecho representa la suma del calor neto conducido hacia afuera del volumen de control y el trabajo viscoso neto hecho sobre el elemento. El término de trabajo viscoso es importante sólo a altas velocidades, ya que su magnitud será pequeña comparada con los otros términos cuando se estudia flujo a baja velocidad.

Al igual queen la mecánica de fluidos, en donde se tiene una capa límite hidrodinámica, que se definió como la región del flujo en donde se sienten las fuerzas viscosas, se tiene una capa límite térmica, la cual puede definirse como aquella región en donde los gradientes de temperatura están presentes en el flujo. Estos gradientes de temperatura serían el resultado de un proceso de intercambio de calor entreel fluido y la pared.

Ahora si se considera la siguiente figura:

Se tiene que la temperatura de la pared es Tw, la temperatura del fluido fuera de la capa límite térmica es T∞, y el espesor de la capa límite térmica se designa con δ. En la pared, la velocidad es cero, y la transferencia de calor hacia el fluido tiene lugar por conducción. Así, el flujo local de calor por unidad de área, q”es

q''=-k∂T∂y⎥pared (2)

Por otra parte se ha observado que la transferencia de calor por el mecanismo de convección que se establece lejos de la superficie sólida es proporcional a la diferencia de temperatura y se expresa de manera conveniente por la Ley Del Enfriamiento De Newton como:

q''=hTw-T∞ (3)

Donde h es el coeficiente de transferencia de calor o de película. Combinandoestas ecuaciones se tiene:

h= -k∂T∂yparedTw-T∞ (4)

Entonces, para explicar el comportamiento del mecanismo de convección es preciso definir el coeficiente de película, éste, es una medida del flujo de calor por unidad de superficie y por unidad de diferencia de temperatura, indica la razón o velocidad a la cual fluidos que tienen una variedad de propiedades físicas y bajo...