Fenómenos de Transporte
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Fenómenos de Transporte Convección Interna Forzada Forzada y Convección Natural MARIELENA GON!LE MART"NE #$LIO A%RIAN RE&E' (ERRER (ERRERA A
O)*etivos+
%eterminación del ,actor de ,ricción y coe-ciente de convección relacionados con la ca.da de presión/
Razón de trans,erencia de calor0 para poder determinar la necesidad de potencia de )om)eo y lon1itud necesaria del tu)o/
O)*etivos+
%eterminación del ,actor de ,ricción y coe-ciente de convección relacionados con la ca.da de presión/
Razón de trans,erencia de calor0 para poder determinar la necesidad de potencia de )om)eo y lon1itud necesaria del tu)o/
“
Convección interna ,orzada TEM2ERAT$RA TEM2ERA T$RA & 3ELOCI%A% 3ELOCI%A% 2ROME%IO/
Es conveniente trabajar con temperaturas y velocidad promedio en los desplazamientos del fuido.
”
3elocidad 2romedio
Ma1nitud promedio promedio de la velocidad de una sección trasversal0 en un 4u*o laminar es la mitad de la velocidad m56ima/
3elocidad y temperatura promedio
La velocidad promedio satis,ace el principio de conservación de la masa.
2or lo tanto en un tu)o con radio R tendr.amos+
3elocidad y temperatura promedio
La temperatura media satis,ace el principio de la conservación de la energía/
Con un radio R0 podemos decir 8ue+
3elocidad y temperatura promedio
Temperatura del 4uido promediado/
Flu*os laminar y tur)ulentos en tu)os
Reynolds para 4u*o en tu)os+
2ara ductos y canales0 Reynolds0 Nusselt y el ,actor de ,ricción se )asan en +
Caso Especial Re>4000
Flujos turbulentos
Re9:;;;;
Flu*o tur)ulento
En las regiones de transición podemos tener el fujo cambiando aleatoriamente entre laminar y turbulento.
Re1ión de entrada esarrollo de capa limite de velocidad en un tubo.
Re1ión de entrada esarrollo de la capa limite t!rmica en un tubo "el fuido dentro del tubo se esta en#riando$
Flu*o completamente desarrollado Este se da cuando contamos con la región del fujo donde tanto %idrodin&micamente y t!rmicamente est&n desarrollados y por consecuencia el per'l de velocidad as( como el de temperatura adimensional permanecen inalterados.
Completamente desarrollado ?idrodin5micamente + Completamente desarrollado t@rmicamente +
El es,uerzo cortante esta relacionado con la pendiente del per-l velocidad en la super-cie/ El per-l de velocidad0 el es,uerzo cortante0 y el coe-ciente de calor permanecen constantes en la re1io desarrollada completamente/
Re1ión completamente desarrollada t@rmicamente/
Flu*o de calor en la super-cie por unidad
'e concluye 8ue En la región de un tubo completamente desarrollada t!rmicamente) el coe'ciente local de convección es constante ) por ende el coe'ciente local de #ricción #"*$ y el coe'ciente local de convección hx permanecen constantes en las regiones completamente desarrolladas %idrodin&mica y t!rmicamente.
Medida de crecimiento relativo de las capas limite t@rmica y de velocidad se1Bn la ma1nitud del numero adimensional de 2randtl 2r D
Lon1itudes de entrada
+ongitud de entrada %idrodin&mica, distancia desde la entrada del tubo %asta la sección transversal donde el es#uerzo cortante se apro*ima al valor del fujo. En los fujos turbulentos la longitud de entrada %idrodin&mica y t!rmica suelen tener casi la misma) por el intenso mezclado -ue se realiza en el curso de las fuctuaciones aleatorias donde dominan los e#ectos de la di#usión molecular.
O)servaciones importantes/ 3ariación del numero local de Nusselt a lo lar1o de un tu)o0 en 4u*o tur)ulento0 tanto para temperatura super-cial constante como para 4u*os constante de calor en la super-cie/
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Los Nu y los coe-cientes de trans,erencia de calor por convección son muy altos en la re1ión de la entrada/ Los no/Nu alcanzan valores cte a distancias menores de di5metro de :;0 por lo tanto se puede suponer 8ue el 4u*o esta completamente desarrollado para 69:;% El Nu no es sensi)le al tipo de condición de ,rontera t@rmica/
An5lisis T@rmico General
Flu*o de calor en la super-cie/ Conservación de la ener1.a p 4u*o estacionario de un 4uido
%eterminar la pendiente de temperatura
2ara 8ue el 4u*o se manten1a inalterado se de)e cumplir lo si1uiente/
inte1ramo s
Representación e6acta de la di,erencia de temperatura promedio0 entre el 4uido y la super-cie/
E*emplo
E*emplo Flu*o de aceite en una tu)er.a 8ue cruza un la1o Considere el 4u*o de aceite a =;C a una velocidad promedio de = ms en una tu)er.a de >; cm de di5metro/ $na sección de =;; m de lar1o de la tu)er.a ?orizontal pasa por las a1uas ?eladas de un la1o a ;C/ Las mediciones indican 8ue la temperatura de la super-cie del tu)o est5 muy cercana a ;C/ 'i descarta la resistencia t@rmica del material del tu)o0 determine aD la temperatura del aceite cuando el tu)o sale del la1o0 bD la razón de la trans,erencia de calor desde el aceite0 y cD la potencia de )om)eo re8uerida para vencer las p@rdidas de presión y mantener el 4u*o del aceite en el tu)o/
atos T, +=;C
ropiedades
3prom+ 3+ =ms %+ >;cm +;/:HJmC L+=;;m Cp+ :KK; #1C Ts+;C 2r+:;K> etermina
2rocedimiento
2rocedimiento
Ca.da de presión en un tu)o de a1ua
2erdida de calor de los ductos de un sistema de cale,acción ropiedades
2ara utilizar esta FORM$LA de)emos sa)er si es tur)ulento o laminar
CON3ECCION NAT$RAL La trans,erencia de calor 8ue e6iste de)ido a la di,erencia de temperatura/
+as masas de fuido caliento por tener una menor densidad tienden a elevarse y ser&n sustituidas por masas de fuido #rio.
C/RRE12E3 E C/1ECC/1 1526R5+. 7ovimiento de las masas de fuido #rio y caliente sustituy!ndose entre si.
La 4ota)ilidad + Es la responsa)le de la creación de las corrientes de convección 0 la di,erencia de las densidades entre 4uidos provoca su movimiento de)ido a la ,uerza de 4otación/
A ,alta de otras ,uerzas0 la ,uerza vertical neta 8ue actBa so)re un cuerpo es la di,erencia entre su peso y la ,uerza de 4ota)ilidad
Es necesario para tra)a*ar con convección una varia)le 8ue represente La variación de la densidad de un 4uido con respecto a la temperatura / coe-ciente de e6pansión volum@trica/ Esta ser5 una apro6imación a para una presión constante/
Considerando el 4u*o de convección es laminar0 estacionario y )idimensional0 adem5s tiene propiedades constantes0 incluyendo densidad0 considerando di,erencia de densidades entre el interior y capa limite0 dando lu1ar a la ,uerza de 4ota)ilidad0 es posi)le plasmar 2ERFILE' %E 3ELOCI%A%E' & 2ERFILE' %E TEM2ERAT$RA 2ARA LA CON3ECCION NAT$RAL/
2er-les t.picos de velocidades y de temperaturas para el 4u*o de convección natural so)re una placa vertical
El nBmero de Gras?o, es una medida de las ma1nitudes relativas de la fuerza de otabilidad y la fuerza viscosa en
oposición 8ue actBan so)re el
Espaciamiento optimo de las aletas de un sumidero de calor
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