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CONVECCIÓN  POR: Cathetine Soto Aleejandro Idarraga Melissa Duque 1

Convección   Es un proceso de transporte de energía que se lleva a cabo como consecuencia del movimiento de un fluido (gas o liquido), implica el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido.

Q = h A (T0 – Tb ) A = área normal a la dirección de flujo de calor. h = Coeficiente de superficie de transferencia de calor. T0 – Tb = Fuerza motriz para la transferencia de calor. Determina en qué dirección se da el flujo de calor (Tb – T0 ) 2

TIPOS DE CONVECCION

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Convección forzada

Convección natural:  El flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas de fluido en la presencia de una fuerza gra vitacional; la densidad de un fluido dismin uye con el aumento de la temperatura. Las corrientes naturales de convección hacen que el aire caliente suba y el frío baje.

 Se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, es decir, se añade algún tipo de mecanismo como un ventilador o algún sistema de bombeo, ya sea de succión o transversal, dicho mecanismo acelera la velocidad de las corrientes de convección natural, lo cual no genera mayor potencia calorífica con un sistema o con otro. 3

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Ley de enfriamiento de newton 

 h= coeficiente de transferencia de calor por convección W/m2°C  As= área superficial de transferencia de calor m 2  Ts= temperatura de la superficie °C  T∞= temperatura del fluido suficiente mente 5 lejos de la superficie °C

Numero de Nusselt  Representa la relación que existe entre el calor transferido por convección a través delfluido y el que se transferiría si sólo existiese conducción

 K= conductividad térmica del fluido  Lc= longitud característica  Entre mayor sea el numero de Nusselt, mas eficaz es la convección. Un numero de Nusselt de Nu=1 para una capa de fluido representa transferencia de calor a través de esta por conducción pura 6

Numero de Prandtl  Describe el espesor relativo de las capas limites de velocidad y térmicas de forma adimensional

 μ = viscosidad dinámica  Cp= calor especifico del fluido  K= conductividad térmica del fluido El número de Prandtl, se presenta tanto en convección forzada como en convección natural

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Numero de Reynolds  Representa la relación que existe entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas que actúan sobre un elemento de volumen de un fluido. Es un indicativo del tipo de flujo, laminar o turbulento.

 V= velocidad corriente superior (equivale a la velc. de la corriente libre para placa plana)  Lc= longitud característica según la geometría  V= μ/ρ viscosidad cinemática del fluido 8

Convección Externa Forzada   Es aquel mecanismo de transferencia de calor entre una superficie y un fluido con movimiento que fluye alrededor de la misma, el cual es forzado a circular a través de esta por algún equipo. 9

Los fenómenos que afectan la fuerza de resistencia al movimiento también afectan la transferencia de calor y este efecto aparece en el numero de Nusselt.

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Flujo paralelo sobre placasplanas  La transición del flujo laminar hacia turbulento depende de la configuración geométrica de la superficie, de su aspereza, de la velocidad corriente arriba, de la temperatura de superficie y del tipo de fluido, ente otras cosas y se le caracteriza de la mejor manera por el numero de Reynolds.

 El numero de Reynolds varia para una placa plana a lo largo del flujo, hasta llegar a Re= VL/v al final de la

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 La temperatura del fluido en la capa limite térmica varia desde Ts en la superficie, hasta alrededor de T∞, en el borde exterior de esa capa. las propiedades suelen evaluarse a la llamada temperatura de película.

La cual es el promedio aritmético de las temperaturas de la superficie y del flujo libre

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Nusselt, para el flujo laminar sobre una placa plana, es:

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 Resulta conveniente tener una sola correlación que se aplique a todos los fluidos. Mediante el ajuste de una curva obtenida con datos ya existentes, churchill y ozoe (1973) propusieron la siguiente relación, la cual es aplicable para todos los números de Prandtl y se afirma que es exacta hasta (+-) 1%

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 Superficies isotérmicas.  Se supone que las superficies son lisas y que en la corriente libre no hay turbulencia. 14

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Cilindros y esferas   El numero de Re, para superficies de este tipo esta denominado por: Re= VD/v, donde V es la velocidad uniforme del flujo al aproximarse al cilindro o esfera. El numero de Reynolds critico para el flujo que pasa a través de un cilindro circular o una esfera es alrededor. Recr= 2x105  Para flujo laminar un Re2x105

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Convección Forzada en tubos, cilindros y Esferas. 

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EJERCICIOS   1. Aceite para motor a 60°C fluye sobre la superficie superior de una placa plana de 5m de Largo, cuya temperatura es de 20°C, con una velocidad de 2m/s. Determine para la placa completa la razón de la transferencia de calor por unidad de ancho de la placa.

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 2. un tubo largo de vapor de agua de 10 cm de diámetro, cuya temperatura superficial externa es de 110 °C pasa por una zona abierta que no esta protegida contra los vientos. Determine la razón de la perdida de calor del tubo por unidad de longitud cuando el aire esta a 1 atm de presión y a 10°C y el viento sopla alrededor del tubo a una velocidad de 8m/s.

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