CONVECCION FORZADA

La transferencia de calor a través de un fluido es por convección cuando se tiene un movimiento masivo de este último y por conducción cuando no existe dicho movimiento. Por lo tanto, la conducción en un fluido se puede concebir como el caso límite de la convección, correspondiente al caso de fluido en reposo (figura 6-1).

 

 

Donde k es la conductividad térmica del fluido y Lc es la longitud característica. Este número recibió el nombre en honor de Wilhelm Nusselt, se concibió como el coeficiente adimensional de transferencia de calor por convección.

Flujo laminar en comparación con el turbulento

Algunos flujos son suaves y ordenados, mientras que otros son un tanto caóticos. El movimiento de fluidos intensamente ordenado, caracterizado por capas suaves, se conoce como laminar. La palabra laminar proviene del movimiento de las partículas adyacentes de fluido reunidas en “láminas”. El flujo de los fluidos altamente viscosos, como los aceites a bajas velocidades, comúnmente es laminar. El movimiento altamente desordenado de los fluidos que, en general, se tiene a altas velocidades y que se caracteriza por fluctuaciones en la velocidad se conoce como turbulento. Lo común es que el flujo de fluidos de baja viscosidad, como el aire a altas velocidades, sea turbulento. El régimen de flujo influye mucho en la potencia requerida para el bombeo. Un flujo que se alterna entre laminar y turbulento se conoce como de transición.

 

Flujo natural (o no forzado) en comparación con el forzado.

Se dice que el flujo de un fluido es natural o forzado, dependiendo de la manera en que se inicia el movimiento de ese fluido. En el flujo forzado se obliga a un fluido a desplazarse sobre una superficie o dentro de un tubo por medios externos, como una bomba o un ventilador. En los flujos naturales, cualquier movimiento del fluido se debe a medios naturales, como el efecto de flotación, que se manifiesta como la subida del fluido cálido (y, por consiguiente, más ligero) y la caída del más frío (y, por lo tanto, más denso). Por ejemplo, en los colectores solares para calentamiento de agua, se utiliza el efecto de termosifón con el fin de reemplazar las bombas al colocar el tanque de agua suficientemente arriba de los colectores solares.

 

 

Donde V es la velocidad corriente superior (equivalente a la velocidad de la corriente libre para una placa plana), Lc es la longitud característica de la configuración geométrica y v=µ·ρ es la viscosidad cinemática del fluido.

 

El Dequiv. En una tubería es el mismo, pero para otra forma geométrica eso cambia.

 

Correlaciones experimentales

Para flujo laminar se va a usar la correlación experimental de Sieder y Tate.

 

Esta ecuación es válida para transmisión de calor con flujo laminar y temperatura de pared contante (Tw).

Todas las propiedades termofisicas se deben tomar a la temperatura de mezcla de la sección o un promedio entre las temperaturas de mezcla de las secciones de entrada y salida. La ecuación de Sieder y Tate tiene un error máximo del 20% para Re·Pr·D/L >10

Para velocidades de flujos menores, los valores que se obtienen para h son demasiado bajos. Qw se determinará con el valor de Tw.

Para flujo turbulento (Re>10000)

 

NOTA: el coeficiente h es independiente de la relacion L/D.

Para régimen de Transición el flujo puede ser inestable y por lo tanto no puede predecirse el valor de Un.

NOTA: no diseñar en esta zona debido a la gran incertidumbre de los resultados.