Materiales Y Su Mecanica
Páginas: 6 (1392 palabras)
Publicado: 1 de octubre de 2012
INGENIERIA QUIMICA
UNIDAD III. CONVECCION.
FES ZARAGOZA. UNAM.
La transferencia de calor por convección está asociada con el cambio de energía entre una superficie y un fluido adyacente. La ecuación de rapidez de transferencia de calor, correspondiente a la convección, se expresa como:
q=
Q = h ⋅ ∆T A
donde el flujo de calor Q/A, ocurre en virtud de la diferencia de temperatura.Esta sencilla ecuación conocida como la Ley de Enfriamiento de Newton es la relación que define a h, que es el coeficiente convectivo de transferencia de calor. Sin embargo, el cálculo de este coeficiente no es una tarea sencilla, ya que se relaciona con el mecanismo de flujo del fluido, las propiedades del mismo y la geometría del sistema específico que se esté estudiando. Como el coeficienteconvectivo de transferencia de calor se relaciona íntimamente con el movimiento del fluido, es de esperarse que muchos de los detalles de la transferencia de momentum sean de interés en la transferencia de calor por convección. CONSIDERACIONES FUNDAMENTALES. Las partículas de fluido inmediatamente adyacentes a una frontera sólida permanecen estacionarias y una delgada capa de fluido cercana a lasuperficie experimentará un flujo laminar, independientemente de la naturaleza de flujo de la corriente libre. Por lo tanto el intercambio de energía molecular y por ende los efectos de la conducción se encontrarán presentes siempre. Si el flujo de un fluido es laminar entonces toda la transferencia de energía entre la superficie y el fluido que está en contacto con ella o la transferencia entre capasadyacentes de fluido se realiza por medios moleculares. Si por otra parte, el flujo es turbulento, entonces hay mezcla global de partículas de fluido entre las regiones que se encuentran a temperaturas diferentes y la rapidez de transferencia de calor aumenta. Existen dos tipos principales de transferencia de calor por convección, relacionadas con la fuerza responsable del flujo del fluido. Laconvección natural o libre es aquella en la cual se produce un movimiento de fluido a partir de la transferencia de calor, Cuando se calienta o se enfría un fluido, el cambio de densidad asociado, así como el efecto boyante produce una circulación natural en la cual el fluido afectado se mueve por si mismo alrededor de la superficie sólida. La convección forzada es aquella en la que la circulacióndel fluido es producida por un agente externo tal como un ventilador o una bomba.
Hay cuatro métodos de evaluación del coeficiente convectivo de transferencia de calor y son los siguientes: a) b) c) d) Análisis dimensional, que necesita basarse en resultados experimentales para ser útil. Análisis exacto de la capa límite. Análisis integral aproximado de la capa límite. Analogía entre lastransferencias de energía y momento.
Análisis Dimensional. Convección Forzada. Considerese un fluido que fluye a través de un conducto cerrado a una cierta velocidad promedio, V, donde existe una diferencia de temperaturas entra el fluido y la pared del tubo. Las variables importantes, sus símbolos y sus representaciones dimensionales se enumeran a continuación:
Curso de Transferencia de Calor. Ing.Cuauhtémoc Lagos Chávez.
Página 4
INGENIERIA QUIMICA
VARIABLE SIMBOLO
FES ZARAGOZA. UNAM.
DIMENSIONES
Si se utiliza el método Pi de Buckingham de agrupamiento de variables se encontrará que el número requerido de grupos adimensionales es tres. El rango de la matriz dimensional es cuatro, uno menos que el número de dimensiones fundamentales. Si se escoge a D, k, µ, y V como lascuatro variables que comprende el núcleo, se encontrará que los tres grupos π que se forman son: a b c d π1 = D k µ V ρ e f g h π2 = D k µ V Cp i j K l π3 = D k µ V h Al escribir π1 en forma dimensional,
1 = ( L) a (Qθ −1 L−1T −1 )b ( ML−1θ −1 ) c ( Lθ −1 ) d ( ML−3 )
e igualar los exponentes de las dimensiones fundamentales a ambos lados de la ecuación, se tendrá: L: Q: θ: T: M: 0=a–b–c+d–3 0=b...
UNIDAD III. CONVECCION.
FES ZARAGOZA. UNAM.
La transferencia de calor por convección está asociada con el cambio de energía entre una superficie y un fluido adyacente. La ecuación de rapidez de transferencia de calor, correspondiente a la convección, se expresa como:
q=
Q = h ⋅ ∆T A
donde el flujo de calor Q/A, ocurre en virtud de la diferencia de temperatura.Esta sencilla ecuación conocida como la Ley de Enfriamiento de Newton es la relación que define a h, que es el coeficiente convectivo de transferencia de calor. Sin embargo, el cálculo de este coeficiente no es una tarea sencilla, ya que se relaciona con el mecanismo de flujo del fluido, las propiedades del mismo y la geometría del sistema específico que se esté estudiando. Como el coeficienteconvectivo de transferencia de calor se relaciona íntimamente con el movimiento del fluido, es de esperarse que muchos de los detalles de la transferencia de momentum sean de interés en la transferencia de calor por convección. CONSIDERACIONES FUNDAMENTALES. Las partículas de fluido inmediatamente adyacentes a una frontera sólida permanecen estacionarias y una delgada capa de fluido cercana a lasuperficie experimentará un flujo laminar, independientemente de la naturaleza de flujo de la corriente libre. Por lo tanto el intercambio de energía molecular y por ende los efectos de la conducción se encontrarán presentes siempre. Si el flujo de un fluido es laminar entonces toda la transferencia de energía entre la superficie y el fluido que está en contacto con ella o la transferencia entre capasadyacentes de fluido se realiza por medios moleculares. Si por otra parte, el flujo es turbulento, entonces hay mezcla global de partículas de fluido entre las regiones que se encuentran a temperaturas diferentes y la rapidez de transferencia de calor aumenta. Existen dos tipos principales de transferencia de calor por convección, relacionadas con la fuerza responsable del flujo del fluido. Laconvección natural o libre es aquella en la cual se produce un movimiento de fluido a partir de la transferencia de calor, Cuando se calienta o se enfría un fluido, el cambio de densidad asociado, así como el efecto boyante produce una circulación natural en la cual el fluido afectado se mueve por si mismo alrededor de la superficie sólida. La convección forzada es aquella en la que la circulacióndel fluido es producida por un agente externo tal como un ventilador o una bomba.
Hay cuatro métodos de evaluación del coeficiente convectivo de transferencia de calor y son los siguientes: a) b) c) d) Análisis dimensional, que necesita basarse en resultados experimentales para ser útil. Análisis exacto de la capa límite. Análisis integral aproximado de la capa límite. Analogía entre lastransferencias de energía y momento.
Análisis Dimensional. Convección Forzada. Considerese un fluido que fluye a través de un conducto cerrado a una cierta velocidad promedio, V, donde existe una diferencia de temperaturas entra el fluido y la pared del tubo. Las variables importantes, sus símbolos y sus representaciones dimensionales se enumeran a continuación:
Curso de Transferencia de Calor. Ing.Cuauhtémoc Lagos Chávez.
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INGENIERIA QUIMICA
VARIABLE SIMBOLO
FES ZARAGOZA. UNAM.
DIMENSIONES
Si se utiliza el método Pi de Buckingham de agrupamiento de variables se encontrará que el número requerido de grupos adimensionales es tres. El rango de la matriz dimensional es cuatro, uno menos que el número de dimensiones fundamentales. Si se escoge a D, k, µ, y V como lascuatro variables que comprende el núcleo, se encontrará que los tres grupos π que se forman son: a b c d π1 = D k µ V ρ e f g h π2 = D k µ V Cp i j K l π3 = D k µ V h Al escribir π1 en forma dimensional,
1 = ( L) a (Qθ −1 L−1T −1 )b ( ML−1θ −1 ) c ( Lθ −1 ) d ( ML−3 )
e igualar los exponentes de las dimensiones fundamentales a ambos lados de la ecuación, se tendrá: L: Q: θ: T: M: 0=a–b–c+d–3 0=b...
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