UNIDAD 3: CONVECCIÓN NATURAL
Páginas: 8 (1828 palabras)
Publicado: 4 de enero de 2015
UNIDAD 3: CONVECCIÓN NATURAL
3.1 FUNDAMENTOS FISICOS
El mecanismo de transferencia de energía por convección natural incluye el movimiento de un fluido alrededor de una frontera solida, como resultado de las diferencias de densidad que resultan del intercambio de energía. A causa de esto, es muy natural que los coeficientes de transferencia de calor así como las ecuaciones que la relaciona,varíen de acuerdo con la geometría de un sistema dado. Los principios que guarda este tipo de mecanismo son:
Régimen estacionario.
Propiedades físicas constantes.
Régimen laminar.
Temperatura de las paredes constante (T1 y T2).
Paredes muy largas (en z): T(y)
Superficies Verticales. El sistema de convección natural que acepta con más facilidad el tratamiento analítico es el de un fluidoadyacente a una pared vertical o a un cilindro de gran diámetro.
En convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en la presencia de una fuerza gravitacional. La densidad de un fluido disminuye con el incremento de temperatura.
En un campo gravitacional, dichas diferencias en densidadcausadas por las diferencias en temperatura originan fuerzas deflotación. Por lo tanto, en convección natural las fuerzas de flotación generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la convección natural no es posible.
En convección natural una velocidad característica no es fácilmente disponible. Algunos ejemplos de transferencia de calor por convección natural son: el enfriamiento de café en una taza, transferencia de calor de uncalefactor, enfriamiento de componentes electrónicos en computadoras sin ventilador para enfriar, y la transferencia de calor del cuerpo humano cuando una persona esta en descanso.
El estudio de la convección natural se basa de dos principios de la mecánica de fluidos: conservación de masa, conservación de momento y del principio de termodinámica que es la conservación de energía. Lasecuaciones de los principios mencionados se reducen al tomar en cuenta las siguientes suposiciones
1)p=cte, la densidad es constante
2)d/dt=0 no se toma en cuenta las variaciones con respecto al tiempo3)el fluido se considera bidimensional.
4)La viscosidad estática es constante
5)No se considera la diferencia en presiones en el eje y
6)No hay esfuerzos cortantes a lo largo del eje y
7)El calorespecifico es constante (Cp)
8)El coeficiente de actividad es constante (k)
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 dela convección natural, las complejidades del movimiento del 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 conalgunas hipótesis simplificadoras. Por lo tanto, con la 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 seconocen mejor y que se usan con más amplitud.
Las correlaciones 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...
UNIDAD 3: CONVECCIÓN NATURAL
3.1 FUNDAMENTOS FISICOS
El mecanismo de transferencia de energía por convección natural incluye el movimiento de un fluido alrededor de una frontera solida, como resultado de las diferencias de densidad que resultan del intercambio de energía. A causa de esto, es muy natural que los coeficientes de transferencia de calor así como las ecuaciones que la relaciona,varíen de acuerdo con la geometría de un sistema dado. Los principios que guarda este tipo de mecanismo son:
Régimen estacionario.
Propiedades físicas constantes.
Régimen laminar.
Temperatura de las paredes constante (T1 y T2).
Paredes muy largas (en z): T(y)
Superficies Verticales. El sistema de convección natural que acepta con más facilidad el tratamiento analítico es el de un fluidoadyacente a una pared vertical o a un cilindro de gran diámetro.
En convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en la presencia de una fuerza gravitacional. La densidad de un fluido disminuye con el incremento de temperatura.
En un campo gravitacional, dichas diferencias en densidadcausadas por las diferencias en temperatura originan fuerzas deflotación. Por lo tanto, en convección natural las fuerzas de flotación generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la convección natural no es posible.
En convección natural una velocidad característica no es fácilmente disponible. Algunos ejemplos de transferencia de calor por convección natural son: el enfriamiento de café en una taza, transferencia de calor de uncalefactor, enfriamiento de componentes electrónicos en computadoras sin ventilador para enfriar, y la transferencia de calor del cuerpo humano cuando una persona esta en descanso.
El estudio de la convección natural se basa de dos principios de la mecánica de fluidos: conservación de masa, conservación de momento y del principio de termodinámica que es la conservación de energía. Lasecuaciones de los principios mencionados se reducen al tomar en cuenta las siguientes suposiciones
1)p=cte, la densidad es constante
2)d/dt=0 no se toma en cuenta las variaciones con respecto al tiempo3)el fluido se considera bidimensional.
4)La viscosidad estática es constante
5)No se considera la diferencia en presiones en el eje y
6)No hay esfuerzos cortantes a lo largo del eje y
7)El calorespecifico es constante (Cp)
8)El coeficiente de actividad es constante (k)
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 dela convección natural, las complejidades del movimiento del 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 conalgunas hipótesis simplificadoras. Por lo tanto, con la 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 seconocen mejor y que se usan con más amplitud.
Las correlaciones 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...
Leer documento completo
Regístrate para leer el documento completo.