Transmision De Calor Por Conveccion Forzada

INVESTIGACION DE LA PRACTICA No. 9

TRANSMISION DE CALOR POR CONVECCION FORZADA
EN FLUJO LAMINAR
En el flujo laminar sólo hay transmisión de calor por conducción, puesto que no hay remolinos que lleven calor por convección a través de una superficie isotérmica. El problema se puede abordar mediante el análisis matemático basado en las ecuaciones diferenciales entre derivadas parcialescorrespondientes a continuidad, cantidad de movimiento y energía. Este tratamiento, que se puede encontrar en los tratados de transmisión de calor”, se sale fuera del alcance de este libro. Las soluciones matemáticas dependen de las condiciones límite que se establecen para lijar las condiciones de flujo del fluido y de transmisión de calor. El fluido puede acercarse a la superficie de calentamiento conuna capa límite hidrodinámica total o parcialmente desarrollada. 0 también puede acercarse a la superficie de calentamiento con velocidad uniforme y comenzar a formarse las dos capas al mismo tiempo. Un caso sencillo de flujo, en el que se supone que la velocidad es constante para cualquier sección transversal y cualquier longitud del tubo, recibe el nombre de flujo en pistón o en émbolo.Independientemente de las condiciones de flujo, (1) la superficie de calentamiento puede ser isotérmica, (2) puede haber una densidad de flujo de calor igual en todos los puntos de la superficie y la temperatura media del huido variar linealmente con la longitud de tubo, o (3) la temperatura axial de la corriente de fluido puede variar linealmente. Como es natural, son posibles otras combinaciones de lascondiciones límite6”. La ecuación diferencial básica para los distintos casos especiales es la misma, pero en cambio, las relaciones integradas finales son diferentes. La mayor parte de las deducciones matemáticas más sencillas se basan en las suposiciones de que las propiedades del fluido son constantes e independientes de la temperatura, y de que el flujo es realmente laminar sin que existancorrientes cruzadas o remolinos. Estas suposiciones son válidas cuando los gradientes y las variaciones de temperatura son pequeñas, pero para grandes variaciones de temperatura, el modelo sencillo no concuerda con la realidad física por dos razones. En primer lugar, las variaciones de viscosidad a través del tubo distorsionan el habitual perfíl parabólico de distribución de velocidad del flujolaminar. Así, si el fluido es un líquido que se calienta, la capa próxima a la pared tiene una viscosidad menor que las capas cercanas al centro y el gradiente de velocidad en la pared aumenta, generándose un flujo cruzado de líquido hacia la pared. Si el líquido se enfría se produce el fenómeno inverso. En segundo lugar, puesto que el campo de temperaturas genera gradientes de velocidad, se establececonvección natural que a su vez distorsiona las líneas de flujo de fluido. El efecto de la convección natural puede ser pequeño o grande, dependiendo de numerosos factores que se tratarán en la sección de convección natural.

En esta sección se consideran tres tipos de transmisión de calor en flujo laminar: (1) transmisión de calor hacia un fluido que circula sobre una lámina plana, (2) transmisiónde calor en tubos con flujo en pistón, y (3) transmisión de calor hacia una corriente de fluido con perfil de velocidad totalmente desarrollado a la entrada del tubo. En todos los casos la longitud de la lámina o del tubo caliente se supone que es constante y se ignora el efecto de la convección natural.

TRANSMISION DE CALOR EN FLUIDOS SIN CAMBIO DE FASE 3 4 7
natural, son posibles otrascombinaciones de las condiciones límite6”. La ecuación diferencial básica para los distintos casos especiales es la misma, pero en cambio, las relaciones integradas finales son diferentes. La mayor parte de las deducciones matemáticas más sencillas se basan en las suposiciones de que las propiedades del fluido son constantes e independientes de la temperatura, y de que el flujo es realmente laminar sin...