domingo, 13 de marzo de 2016

CONVECCION INTERNA FORZADA



Se usan tuberías circulares generalmente para transportar fluidos, porque hay menor fricción y por lo tanto menor caída de presión y mayor transferencia de calor.
La velocidad del fluido en un tubo cambia de cero en la superficie, debido a la condición de no deslizamiento, hasta un máximo en el centro del mismo. En el flujo de fluidos, resulta conveniente trabajar con una velocidad promedio, Vprom, la cual se mantiene constante en el flujo incompresible, cuando el área de la sección transversal del tubo es constante.
 
 
 
Región de entrada
Capa límite de velocidad: región del flujo en la cual se sienten los efectos de las fuerzas cortantes viscosas causadas por la viscosidad del fluido.
Región del flujo irrotacional (central): los efectos de la fricción son despreciables y la velocidad permanece esencialmente constante en la dirección radial.
La región que existe desde la entrada del tubo hasta el punto en donde la capa límite se une en la línea central se llama región de entrada hidrodinámica, y la longitud de esta región se conoce como longitud de entrada hidrodinámica, Lh.
 
NOTA: el espesor de la capa limite se incrementa en la dirección de flujo hasta que esa capa llega al centro del flujo y como consecuencia, llena éste por completo.

Región de entrada térmica: La región del flujo sobre la cual se desarrolla la capa límite térmica y alcanza el centro del tubo.
Longitud de entrada térmica: la longitud de esta región.
Región térmica completamente desarrollada térmicamente: La zona que se encuentra más allá de la región de entrada térmica, en la que el perfil de temperaturas adimensionales, expresado como (Ts – T)/(Ts – Tm), permanece inalterado.
 
El coeficiente local de fricción fx (el cual está relacionado con el esfuerzo cortante en la pared) y el coeficiente local de convección hx permanecen constantes en las regiones completamente desarrolladas hidrodinámica y térmicamente, respectivamente. 



Note que el perfil de temperaturas en la región completamente desarrollada térmicamente varía con x en la dirección del flujo. Es decir, a diferencia del perfil de velocidades, el perfil de temperaturas puede ser diferente en secciones transversales diferentes del tubo en la región desarrollada y, por lo común, lo es.
El esfuerzo cortante en la pared y el coeficiente de transferencia de calor son los más altos en la entrada del tubo, en donde el espesor de las capas límite es el más pequeño, y decrecen en forma gradual hasta los valores del flujo completamente desarrollado.
Longitudes de entrada
La longitud de entrada hidrodinámica suele tomarse como la distancia desde la entrada al tubo hasta aquella sección transversal donde el esfuerzo cortante en la pared (y, por consiguiente, el factor de fricción) se aproxima al valor del flujo completamente desarrollado dentro de 2% de diferencia.
Analisis termico
 
Las condiciones térmicas en la superficie por lo común se pueden aproximar con razonable precisión como temperatura superficial constante (Ts=constante) o flujo constante de calor en la superficie (qs=constante).