Transferencia de calor por conveccion: libre y forzada

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Transferencia de calor por convección



Los principales criterios para determinar la convección

1) La simetría
- Placas (paredes, vidrios, piso)
- Esfera (sólidos, gotas o burbujas)
- Cilindros (tubos), otra (lecho fluidizado)

2) Origen de convección

- Natural
- Forzada

3) Régimen del fluido:
- Laminar
- Turbulento

En cada caso será verificado como se construyeron las correlaciones, además de entender el significado de los parámetros

Números adimensionales de la transferencia de energía por convección
Por el teorema π se resuelve el problema determinando números adimensionales con las variables y encontramos los siguientes números adimensionales











Convección libre

Cantidad de movimiento









Donde β es el coeficiente de dilatación térmica, definido como:









Coeficiente de dilatación térmica













Ecuaciones para los perfiles de velocidad y temperatura



Perfil de velocidad









Perfil de temperatura









Parámetros adimensionales











Dependencia del Nussel











La dependencia del nussel se presenta de tal manera como se muestra









Número de Rayleigh

El número de Grashof y el número de Prandtl con frecuencia se agrupan como un producto GrPr, que se denomina número de Rayleigh, Ra. Después la relación del número de Nusselt se convierte en:














Cilindro sumergido por convección libre.

Cilindro en convección natural

 En este caso Nu = Nu (Gr, Pr) Para Gr Pr > 104, esta gráfica está representada por la ecuación Nu = 0.525 (GrPr)1/4


Análisis dimensional: Convección forzada



En una tubería tenemos que






Pero si la viscosidad no es significante








Transmisión de calor en un tubo circular









Consideraciones referentes a las correlaciones

Diferencia de temperatura inicial
T01-Tb1 para h
A partir de la medida aritmética de las diferencias de temperatura en dos regiones diferentes del tubo para ha.
A partir de la media logarítmica de las diferencias de temperatura en dos regiones diferentes del tubo para hln

hm y hloc en tubería y objetos sumergidos
Si las condiciones del fluido varían mucho, entonces se define una hloc







Para objetos sumergidos como una esfera o un cilindro









O en términos de un coeficiente local:









Nusselt



El Nu se construye con base en h por lo tanto también hay: Nu1, Nua, Nuln

Tener cuidado con las escalas seleccionadas, por ejemplo: D, Rh , a (Volumen/área en lecho fluidizado), u otra para el Re.


Tener cuidado con los subíndices, por ejemplo f (temperatura de película)


Tf = (T0 + T∞)/2


Publicado por: Brenda Loeza


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