Conveccion normal y forzada
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Este documento describe los mecanismos de transferencia de calor por convección natural y forzada. La convección natural involucra el movimiento de un fluido alrededor de una superficie sólida debido a diferencias de densidad causadas por el intercambio de energía. La convección forzada ocurre cuando se somete a un fluido a un gradiente de presiones externo para forzar su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.
Conveccion normal y forzada
- 1. Convección libre y forzada.
- 2. El mecanismo de transferencia de energía por convección natural incluye el movimiento de un fluido alrededor de una frontera solida, como resultado de las diferencias de densidad que resultan del intercambio de energía. A causa de esto, es muy natural que los coeficientes de transferencia de calor así como las ecuaciones que la relacionan, varíen de acuerdo con la geometría de un sistema dado.
- 3. Régimen estacionario. Propiedades físicas constantes. Régimen laminar. Temperatura de las paredes constante (T 1yT 2 ). Paredes muy largas (en z ):dT(y) Superficies Verticales: El sistema de convección natural que acepta con más facilidad el tratamiento analítico es el de un fluido adyacente a una pared vertical o a un cilindro de gran diámetro.
- 4. En convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en la presencia de una fuerza gravitacional. La densidad de un fluido disminuye con el incremento de temperatura. En un campo gravitacional, dichas dife rencias en densidad causadas por las diferencias en temperatura originan fuerzas de flotación. Por lo tanto, en convección natural las fuerzas de flotación generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la convección natural no es posible. En convección natural una velocidad característica no es fácilmente disponible. Algunos ejemplos de transferencia de calor por convección natural son: el enfriamiento de café en una taza, transferencia de calor de un calefactor, enfriamiento de componentes electrónicos en computadoras sin ventilador para enfriar, y la transferencia de calor del cuerpo humano cuando una persona esta en descanso.
- 5. El estudio de la convección natural se basa de dos principios de la mecánica de fluidos: conservación de masa, conservación de momento y del principio de termodinámica que es la conservación de energía. Las ecuaciones de los principios mencionados se reducen al tomar en cuenta las siguientes suposiciones 1)p=cte, la densidad es constante 2)d/dt=0 ,no se toma en cuenta las variaciones con respecto al tiempo 3)el fluido se considera bidimensional. 4)La viscosidad estática es constante 5)No se considera la diferencia en presiones en el eje y 6)No hay esfuerzos cortantes a lo largo del eje y 7)El calor especifico es constante (Cp) 8)El coeficiente de actividad es constante (k)
- 6. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos. Las propiedades de una convección forzada son las siguientes: Régimen estacionario. Propiedades físicas constantes. Régimen laminar. Densidad de flujo de calor en la pared(q1)constante. En este caso, el movimiento de fluido es causado por factores externos: flujo en una cañería, Flujo aire debido a un ventilador, flujo en estanque debido a un agitador. En la convección forzada, es importante conocer el numero de Reynols, para saber si es un flujo laminar o turbulento.