CONVECCIÓN FORZADA FLUJO INTERNO

INSTITUTO POLITÉCNICO NACIONAL[pic 1]

ESCUELA SUPERIOR DE INGENIERÍA MECÁNICA Y ELÉCTRICA

UNIDAD AZCAPOTZALCO

[pic 2]

TITULO DEL TRABAJO:

CONVECCIÓN FORZADA FLUJO INTERNO

ASIGNATURA:

TRANSFERENCIA DE CALOR

ALUMNO:

SÁNCHEZ GONZÁLEZ ZAIRE ABARUCHS

PROFESORA:

M.en C. ANGELES ZURITA ROSA ANGELICA

GRUPO: 6MM4

Contenido

Objetivo        3

INTRODUCCION        3

EFECTOS HIDRODINAMICOS        4

Condiciones de flujo        4

VELOCIDAD MEDIA        5

Perfil de velocidad en la región completamente desarrollada        6

GRADIENTE DE PRESION Y FACTOR DE FRICCION EN UN FLUJO COMPLETAMENTE DESARROLLADO        8

CONSIDERACIONES TERMICAS        9

TEMPERATURA MEDIA        9

LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON        10

CONDICIONES COMPLETAMENTE DESARROLLADAS        10

CONSIDERACIONES GENERALES        11

Flujo de calor superficial constante        12

Conclusiones:        12

ECUACIONES CLAVE        12

Objetivo

Comprender el tema de flujo interno, con las consideraciones que ya sabemos de flujo externo, debemos aprender a calcular los factores de fricción por medio del diagrama de Moody o con la fórmula que aprendimos en la materia de Mecánica de Fluidos II, también conocer los conceptos de velocidad media y algunas consideraciones que veremos al concluir el tema.

INTRODUCCION

Para empezar a entender lo que es el flujo interno debemos estudiar el flujo externo que lo hicimos con anterioridad, recordemos que el flujo externo es aquel que se permite que la producción de una capa limite sobre una superficie continúe sin restricciones externas.

El flujo interno es como el flujo dentro de un tubo porque el fluido está en confinamiento por la superficie lo que ocasiona que la capa limite no puede producirse sin quedar finalmente restringida. La configuración del flujo interno no presenta una geometría conveniente para calentar y enfriar fluidos que se usan en tecnologías de procesos químicos, control ambiental y conversión de energía

Comenzaremos por considerar los efectos Hidrodinámicos de la velocidad que corresponden a los fluidos internos y nos concentraremos en ciertas características únicas del desarrollo de la capa limite. Después se considerarán los efectos de la capa limite térmica y se aplica un balance global de energía para determinar las variaciones de temperatura del fluido en la dirección a los flujos. Finalmente, se presentan correlaciones para estimar el coeficiente de transferencia de calor por convección para una variedad de condiciones de flujo interno

EFECTOS HIDRODINAMICOS

Cuando se considera flujo externo, es necesario saber si el flujo es laminar o turbulento; sin embargo, en cuanto al flujo interno también debemos tener en cuenta la existencia de las regiones de: entrada y completamente desarrollada.

Condiciones de flujo

Consideraremos flujo laminar en un tubo circular de radio  de la figura 1, donde el fluido entra al tubo con velocidad uniforme. Sabemos que cuando el fluido hace contacto con la superficie, los efectos viscosos se vuelven importantes y se produce una capa limite al aumentar . Este desarrollo ocurre a expensas de una región de flujo no viscoso que se contrae y concluye con la unión de la capa limite en la línea central. Después de la unión, los efectos viscosos se extienden sobre toda la sección transversal y el perfil de velocidad ya no va a cambiar al aumentar . Se dice entonces que el flujo está completamente desarrollado, y a la distancia desde la entrada hasta el movimiento en que esta condición se alcanza se le denomina longitud hidrodinámica de entrada . Como se muestra en la figura 1, el perfil de velocidad completamente desarrollado es parabólico para el flujo laminar en un tubo circular. En el caso de flujo turbulento, el perfil es más plano debido a la mezcla turbulenta en la dirección radial.[pic 7][pic 3][pic 4][pic 5][pic 6]

 Desarrollo de la capa limite hidrodinámica laminar en un tubo circular

(Fig. 1)

Cuando se trata de fluidos internos, es importante conocer la extensión de la región de entrada, que depende de si el flujo es laminar o turbulento. El número de Reynolds para el flujo laminar se defina como:

[pic 8]

DONDE:

[pic 9]

D= Diámetro del tubo

En un flujo completamente desarrollado, el número del Reynolds critico que corresponde al inicio de la turbulencia es:

[pic 10]

Aunque son necesarios números de Reynolds mucho mayores   para alcanzar condiciones completamente turbulentas, Es probable de la transición a la turbulencia comience con el inicio de la capa límite de la región de la entrada.[pic 11]

Para flujo laminar , la longitud hidrodinámica de entrada se puede obtener de la expresión de la forma:}[pic 12]

[pic 13]

Esta expresión se basa en la superposición de que el fluido entra al tubo desde una boquilla redonda convergente y por ello se caracteriza mediante un perfil de velocidad casi uniforme en la entrada figura 1. Aunque no hay una expresión general satisfactoria para la longitud de entrada en flujo turbulento, sabemos que esta es aproximadamente independiente del número de Reynolds y que como primera aproximación.

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