conveccion natural
Páginas: 14 (3325 palabras)
Publicado: 6 de marzo de 2014
CONVECCIÓN NATURAL
La transferencia de calor por convección natural sobre una superficie depende de la configuración geométrica de ésta así como de su orientación. También depende de la variación de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades termofísicas del fluido que interviene.
Aun cuando comprendemos bien el mecanismo de la convección natural, las complejidades del movimientodel fluido hacen que sea muy difícil obtener relaciones analíticas sencillas para la transferencia de calor mediante la resolución de las ecuaciones que rigen el movimiento y la energía. Existen algunas soluciones analíticas para la convección natural, pero carecen de generalidad, ya que se obtienen para configuraciones geométricas simples con algunas hipótesis simplificadoras. Por lo tanto, conla excepción de algunos casos simples, las relaciones de transferencia de calor en la convección natural se basan en estudios experimentales. Del numeroso grupo de esas correlaciones, de complejidad variable y de proclamada exactitud de las que se dispone en la literatura para cualquier configuración geométrica dada, aquí presentamos las que se conocen mejor y que se usan con más amplitud. Lascorrelaciones empíricas sencillas para el número promedio de Nusselt Nu en la convección natural son de la forma:
en donde RaL es el número de Rayleigh, el cual es el producto de los números de Grashof y de Prandtl:
Los valores de las constantes C y n dependen de la configuración geométrica de la superficie y del régimen de flujo, el cual se caracteriza por el rango del número de Rayleigh. Elvalor de n suele ser para el flujo laminar y para el turbulento. El valor de la constante C normalmente es menor que 1.
En la tabla 9-1 se dan relaciones simples para el número promedio de Nusselt para varias configuraciones geométricas, junto con esquemas de estas últimas. En esta tabla también se dan las longitudes características de las configuraciones y los intervalos del número deRayleigh en los cuales la relación es aplicable. Todas las propiedades del fluido deben evaluarse a la temperatura de película .Cuando se conoce el número promedio de Nusselt y, por consiguiente, el coeficiente promedio de convección, la velocidad de la transferencia de calor por convección natural de una superficie sólida que está a una temperatura uniforme Ts hacia el fluido circundante se expresa porla ley de Newton del enfriamiento como:
en donde As es el área de la superficie de transferencia de calor y h es el coeficiente promedio de transferencia de calor sobre la superficie.
PLACAS VERTICALES (= CONSTANTE).
Para una placa plana vertical, la longitud característica es la altura L de ella. En la tabla 9-1 se dan tres relaciones para el número promedio de Nusselt en una placavertical isotérmica. Las dos primeras relaciones son muy sencillas. Apesar de su complejidad, sugerimos el uso de la ecuación recomendada por Churchill y Chu (1975), dado que es aplicable sobre todo el rango del número de Rayleigh. La mayor exactitud de esta relación se tiene en el rango 10< RaL< 109.
PLACAS VERTICALES ( CONSTANTE).
En el caso de flujo constante de calor en la superficie, sesabe que la razón de
la transferencia de calor es sencillamente , pero no se conoce la temperatura superficial Ts. De hecho, Ts aumenta con la altura a lo largo de la placa. Resulta que las relaciones del número de Nusselt para los casos de temperatura superficial constante y flujo constante de calor en la superficie son casi idénticas [Churchill y Chu (1975)]. Por lo tanto, las relaciones para lasplacas isotérmicas también se pueden usar para las placas sujetas a flujo uniforme de calor siempre que se use la temperatura TL/2 en el punto medio de la placa, en lugar de Ts, en la evaluación de la temperatura de película, del número de Rayleigh y del número de Nusselt. Dado que , el número promedio de Nusselt en este caso se puede expresar como:
CILINDROS VERTICALES.
La superficie...
La transferencia de calor por convección natural sobre una superficie depende de la configuración geométrica de ésta así como de su orientación. También depende de la variación de la temperatura sobre la superficie y de las propiedades termofísicas del fluido que interviene.
Aun cuando comprendemos bien el mecanismo de la convección natural, las complejidades del movimientodel fluido hacen que sea muy difícil obtener relaciones analíticas sencillas para la transferencia de calor mediante la resolución de las ecuaciones que rigen el movimiento y la energía. Existen algunas soluciones analíticas para la convección natural, pero carecen de generalidad, ya que se obtienen para configuraciones geométricas simples con algunas hipótesis simplificadoras. Por lo tanto, conla excepción de algunos casos simples, las relaciones de transferencia de calor en la convección natural se basan en estudios experimentales. Del numeroso grupo de esas correlaciones, de complejidad variable y de proclamada exactitud de las que se dispone en la literatura para cualquier configuración geométrica dada, aquí presentamos las que se conocen mejor y que se usan con más amplitud. Lascorrelaciones empíricas sencillas para el número promedio de Nusselt Nu en la convección natural son de la forma:
en donde RaL es el número de Rayleigh, el cual es el producto de los números de Grashof y de Prandtl:
Los valores de las constantes C y n dependen de la configuración geométrica de la superficie y del régimen de flujo, el cual se caracteriza por el rango del número de Rayleigh. Elvalor de n suele ser para el flujo laminar y para el turbulento. El valor de la constante C normalmente es menor que 1.
En la tabla 9-1 se dan relaciones simples para el número promedio de Nusselt para varias configuraciones geométricas, junto con esquemas de estas últimas. En esta tabla también se dan las longitudes características de las configuraciones y los intervalos del número deRayleigh en los cuales la relación es aplicable. Todas las propiedades del fluido deben evaluarse a la temperatura de película .Cuando se conoce el número promedio de Nusselt y, por consiguiente, el coeficiente promedio de convección, la velocidad de la transferencia de calor por convección natural de una superficie sólida que está a una temperatura uniforme Ts hacia el fluido circundante se expresa porla ley de Newton del enfriamiento como:
en donde As es el área de la superficie de transferencia de calor y h es el coeficiente promedio de transferencia de calor sobre la superficie.
PLACAS VERTICALES (= CONSTANTE).
Para una placa plana vertical, la longitud característica es la altura L de ella. En la tabla 9-1 se dan tres relaciones para el número promedio de Nusselt en una placavertical isotérmica. Las dos primeras relaciones son muy sencillas. Apesar de su complejidad, sugerimos el uso de la ecuación recomendada por Churchill y Chu (1975), dado que es aplicable sobre todo el rango del número de Rayleigh. La mayor exactitud de esta relación se tiene en el rango 10< RaL< 109.
PLACAS VERTICALES ( CONSTANTE).
En el caso de flujo constante de calor en la superficie, sesabe que la razón de
la transferencia de calor es sencillamente , pero no se conoce la temperatura superficial Ts. De hecho, Ts aumenta con la altura a lo largo de la placa. Resulta que las relaciones del número de Nusselt para los casos de temperatura superficial constante y flujo constante de calor en la superficie son casi idénticas [Churchill y Chu (1975)]. Por lo tanto, las relaciones para lasplacas isotérmicas también se pueden usar para las placas sujetas a flujo uniforme de calor siempre que se use la temperatura TL/2 en el punto medio de la placa, en lugar de Ts, en la evaluación de la temperatura de película, del número de Rayleigh y del número de Nusselt. Dado que , el número promedio de Nusselt en este caso se puede expresar como:
CILINDROS VERTICALES.
La superficie...
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