Claudia Patricia Parra Medina Capítulo 6,7,8 Y 9 FUNDAMENTOS DE CONVECCIÓN, CONVECCIÓN NATURAL Y CONVECCIÓN FORZADA Claudia Patricia Parra Medina

TRANSMISIÓN DEL CALOR La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. El calor se puede transferir de 3 maneras: Conducción: Transferencia de calor sin movimiento de materia. Depende de la conductividad térmica de la sustancia. Convección: Transferencia de calor con movimiento de materia. El movimiento está ocasionado por los cambios de densidad de la sustancia dentro de un campo gravitatorio. Radiación: Transferencia de calor por medio de ondas. No precisa materia para su propagación. Tomada de Universidad técnica Francisco de Santa María, .ppt Barriga, E

CONVECCIÓN La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando la materia es obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos y moléculas son libres de moverse en el medio. En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmósfera por conducción y radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmósfera por convección. Tomadas de Universidad técnica Francisco de Santa María, .ppt Barriga, E

El movimiento del fluido mejora la transferencia de calor, ya que pone en contacto porciones más calientes y más frías de eses fluido en contacto, iniciando índices más altos de conducción en un mayor número de sitios en un fluido. La tasa de transferencia de calor a través de un fluido es mucho mayor por convección de lo que es por conducción. De hecho, cuanto mayor sea la velocidad del fluido, mayor será la tasa de transferencia de calor. El objetivo es estudiar los distintos métodos para encontrar el coeficiente de transferencia de calor por convección. El movimiento del fluidos mejora la transferenciad e calor por convección ya que pone en contacto porciones mas frias y mas calientes del fluido. Se forman corrientes de convección cuando El aire frio baja por la densidad y el aire caliente sube. Transferencia de calor a través de un fluido comprimido entre dos placas paralelas. Copyright © 2011 The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display. Tomada de:https://www.google.com.co/search?q=corrientes+de+convecci%C3%B3n&biw=1324&bih=644&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ved=0CAYQ_AUoAWoVChMIuZuWhIGUyQIVBpseCh1XAwFh&dpr=1.45#imgdii=Bi4XslDvsM7wvM%3A%3BBi4XslDvsM7wvM%3A%3BgZ5pYNdc4dHfcM%3A&imgrc=Bi4XslDvsM7wvM%3A

Ley de Enfriamiento de Newton’s Mecanismo Físico La transferencia de calor por convección depende fuertemente de las propiedades del fluido de viscosidad dinámica, conductividad térmica, densidad, y el calor específico, así como la velocidad del fluido. También depende de la geometría y la rugosidad o aspereza de la superficie sólida, además del tipo de flujo de fluido (tales como ser racionalizado o turbulento). Ley de Enfriamiento de Newton’s

Coeficiente de transferencia de calor por convección, h: Coeficiente de transferencia de calor por convección, h: La tasa de transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido por unidad de superficie por unidad de diferencia de temperatura. La tabla lista algunos valores aproximados de coeficiente de convección h. H no es propiedad del fluido y depende de las propiedades del fluido (densidad, viscosidad, calor especifico y conductividad térmica), depende de que sea gas o liquido, del estado de evaporación o condensación, del régimen del fluido (laminar o turbulento) y de que la pared sea plana o curva, horizontal vertical o inclinada. El valor de h es maypr cuando mayor es la turbulencia en el fluido. http://www2.udec.cl/~jinzunza/fisica/cap14.pdf El flujo de calor por convección es positivo (H > 0) si el calor se transfiere desde la superficie de área A al fluido (TA > T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (TA < T).

MECANISMO FÍSICO DE CONVECCIÓN https://www.youtube.com/watch?v=sTbA6_pHRU0 Conducción y convección tanto requieren la presencia de un medio material, sino convección requiere el movimiento del fluido. Convección implica movimiento de fluidos, así como la conducción de calor. La transferencia de calor a través de un sólido es siempre por conducción. La transferencia de calor a través de un fluido es por convección en presencia de movimiento del fluido a granel y por conducción en ausencia de la misma. Por lo tanto, la conducción en un fluido puede ser visto como el caso límite de convección, que corresponde al caso de fluido en reposo. Copyright © 2011 The McGraw-Hill Companies, Inc. Permission required for reproduction or display.

Según el regimen del fluido. Según el confinamiento Dependiendo de la velocidad de formación del perfil de velocidades, El flujo laminar: El movimiento fluido altamente ordenada caracteriza por suaves capas de fluido. El flujo de fluidos de alta viscosidad: tales como aceites típicamente a velocidades bajas es laminar. El flujo turbulento: El altamente desordenada OCURRE Normalmente Ese movimiento fluido a altas velocidades y se caracteriza por fluctuaciones de velocidad. El flujo de los fluidos de baja viscosidad: como aire a altas velocidades es típicamente turbulento. Flujo de Transición: Un flujo que alterna entre ser laminar y turbulento. 8 8

FLUJO SOBRE CILINDROS Y ESFERAS Flujo sobre cilindros y esferas se encuentra con frecuencia en la práctica. Los tubos en un intercambiador de calor de carcasa y tubo implican tanto el flujo interno a través de los tubos y el flujo externo sobre los tubos. Muchos deportes como el fútbol, el tenis y el golf implican flujo sobre bolas esféricas. A velocidades muy bajas, el fluido se envuelve completamente alrededor del cilindro. Flujo en la región de estela se caracteriza por la formación de torbellinos periódico y bajas presiones. La separación de la capa límite laminar con una estela turbulenta; fluir sobre un cilindro circular en Re = 2000. 29 29

Para el flujo sobre el cilindro o esfera, tanto el arrastre de fricción y la presión de arrastre pueden ser significativos. La alta presión en las proximidades del punto de estancamiento y la baja presión en el lado opuesto en la estela producir una fuerza neta sobre el cuerpo en la dirección del flujo. La fuerza de arrastre se debe principalmente a la resistencia de fricción a bajos números de Reynolds (Re <10) y para arrastrar presión en altos números de Reynolds (Re> 5000). Ambos efectos son significativos a números de Reynolds intermedios. Coeficiente medio de arrastre de flujo cruzado sobre un cilindro circular lisa y una esfera lisa. 30 30

Efecto de la rugosidad superficial La rugosidad superficial, en general, aumenta el coeficiente de arrastre en el flujo turbulento. Este es especialmente el caso de los cuerpos aerodinámicos. Para cuerpos romos tal como un cilindro o esfera circular, sin embargo, un aumento en la rugosidad de la superficie puede aumentar o disminuir el coeficiente de arrastre en función del número Reynolds. El efecto de la rugosidad de la superficie en el coeficiente de arrastre de una esfera. 32 32

Coeficiente de transferencia de calor Fluye a través de cilindros y esferas, en general, implican la separación del flujo, que es difícil de manejar analíticamente. Flujo a través de cilindros y esferas se ha estudiado experimentalmente por numerosos investigadores, y varias correlaciones empíricas han sido desarrollados para el coeficiente de transferencia de calor. Variación del coeficiente de transferencia de calor local a lo largo de la circunferencia de un cilindro circular en el flujo transversal de aire.

Para el flujo sobre un cilindro Las propiedades del fluido se evalúan en la temperatura de la película Para el flujo sobre un cilindro For flow over a sphere Las propiedades del fluido se evalúan a la temperatura T de libre flujo, a excepción de s, que se evalúa en el TS de temperatura de superficie. Constants C and m are given in the table. Las relaciones para cilindros de arriba son para cilindros de simple o cilindros orientados de tal manera que el flujo por encima de ellos no se ve afectada por la presencia de otros. Son aplicables a las superficies lisas.

BIBLIOGRAFÍA Yunus A. Cengel- Michael Boles, “ Transferencia de calor y masa ermodinámica”, cuarta edición. Capitulo 6, 7.8 y 9. Kenneth Wark y Donald Richards, “Transferencia de calor y masa”, sexta edición. www.upv.es/upl/U0296621.pdf www.upv.es/upl/U0296622.pdf https://www.bing.com/videos/search?q=transferencia+de+calor+por+convecci%c3%b3n&qpvt=transferencia+de+calor+por+convecci%c3%b3n+&FORM=VDRE#view=detail&mid=BDCF30688ACFEB74FB5BBDCF30688ACFEB74FB5B