Ingenieria

CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE LA CONVECCIÓN

Aquí encontrarás

▪ Las expresiones matemáticas y el análisis teórico necesario para resolver problemas relacionados con la transferencia de calor por conducción en estado estacionario a través de paredes planas y cilíndricas.

¿Qué debes saber al terminar el estudio. ?

▪ Determinar temperaturas, espesores de pared y densidad de flujo de calorcuando éste se trasmite por conducción en régimen estacionario a través de paredes planas y cilíndricas, simples y compuestas.

Tópicos

1. Aspectos de la mecánica de los fluidos relacionados con la convección.
2. La teoría de la semejanza.
3. Lo que no debo dejar de conocer.
4. Orientación de ejercicios

CONTENIDO

1-. Conceptos básicos de la transferencia de calor por convección.Cuando se estudiaron los mecanismos de transferencia de calor, se hizo una introducción sobre la convección, ya sabemos que cuando se habla de calor transmitido por un fluido (líquido o gas) a una pared sólida podemos asegurar que está ocurriendo una transferencia de calor convectiva, cuya ley fundamental es la de Newton que se expresa matemáticamente como:

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Donde:
Q: flujo detransferencia de calor
tf: Temperatura media del fluido en contacto con la pared sólida.
tw: Temperatura de la pared.
F: Área o Superficie de transferencia de calor.
(: Coeficiente individual de transferencia de calor.
Cuando se va a resolver un problema relacionado con la convección, lo primero que debe diferencial el estudiante es sí está en con o sin transferencia de masa. Cuando el fluido secalienta o se enfría sin que cambie su estado de agregación (el líquido o el vapor se mantienen como líquido o vapor durante todo el proceso) el proceso se dice que es sin transferencia de masa, en los procesos de ebullición (cambio del estado líquido a vapor) y condensación (cambio del estado vapor al líquido) estamos en presencia de transferencia de calor con transferencia de masa.
La convección sincambio de fase puede ser libre o forzada. En la convección libre la velocidad del fluido se considera nula y el movimiento de las macropartículas se realiza por la diferencia de densidades entre las partes frías y calientes. En la forzada el fluido es obligado a moverse (tiene velocidad) por un agente externo que pueden ser: bombas, ventiladores, compresores, agitadores, el viento, etc.
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2-.Aspecto básico de la mecánica de los fluidos.
2.1- Propiedades físicas de los fluidos.
Definimos como fluido a aquellas sustancia que tienen la propiedad de la fluidez es decir que cambian de forma continuamente en tanto este sometido a una tensión cortante aunque esta sea pequeña, ejemplo: líquidos y gases.
Entre las propiedades más importantes de los fluidos tenemos:
• Conductividadtérmica (λ).
• Calor específico (Cp)
• Densidad (ρ)
• Viscosidad (μ)
• Coeficiente de dilatación volumétrica (()
Estas propiedades tienen valores definidos para cada sustancia y por lo regular son función de la temperatura. Los valores de ellas para cada sustancia se buscan en tablas y nomogramas que pueden ser encontrados en la bibliografía especializada.
De todas las propiedades de losfluidos, en el caso de la convección, tiene especial interés la viscosidad, que es la propiedad que tienen los fluidos en oponerse al desplazamiento o resbalamiento entre sus capas. Mientras más viscoso sea un fluido, menor será el movimiento y desorden de las partículas del mismo y por tanto la intensidad de la transferencia de calor por convección. En el caso de los líquidos un aumento de latemperatura trae consigo un disminución de la viscosidad. En el caso de los gases al aumentar la temperatura aumenta la viscosidad pues disminuye el recorrido medio de las moléculas.
En la mecánica de los fluidos aparece la relación entre la viscosidad y la densidad llamada viscosidad cinemática o de Stoke y se representa por.
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El coeficiente de dilatación volumétrica (() tiene especial interés...