Capa Limite

MATERIA:

LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

DETERMINACION DEL ESPESOR DE LA CAPA LIMITE

OBJETIVO

Determinar el espesor de la capa limite y el coeficiente de convección expuesta a un flujo forzado

CAPA LIMITE

La capa límite o capa fronteriza de un fluido es la zona donde el movimiento de éste es perturbado por la presencia de un sólido con el que está en contacto. La capa límite se entiende como aquella en la que la velocidad del fluido respecto al sólido en movimiento varía desde cero hasta el 99% de la velocidad de la corriente no perturbada

La capa límite puede ser laminar o turbulenta; aunque también pueden coexistir en ella zonas de flujo laminar y de flujo turbulento. En ocasiones es de utilidad que la capa límite sea turbulenta

La capa límite se estudia para analizar la variación de velocidades en la zona de contacto entre un fluido y un obstáculo que se encuentra en su seno o por el que se desplaza. La presencia de esta capa es debida principalmente a la existencia de la viscosidad, propiedad inherente de cualquier fluido. Ésta es la causante de que el obstáculo produzca una variación en el movimiento de las líneas de corriente más próximas a él. La variación de velocidades, como indica el principio de Bernoulli, conlleva una variación de presiones en el fluido, que pueden dar lugar a efectos como las fuerzas de sustentación y de resistencia aerodinámica.

TRANSFERENCIA DE CALOR

La razón de la transferencia de calor desde una superficie que está a una temperatura Ts hacia el medio circundante que está a T∞ se expresa por la ley de newton del enfriamiento como:

Donde As es el área superficial de transferencia de calor y h es el coeficiente de transferencia de calor por convección. Cuando las temperaturas Ts y T∞ se fijan por consideraciones de diseño, como con frecuencia es el caso, existen dos maneras de incrementar la razón de la transferencia de calor: aumentar el coeficiente de transferencia de calor por convección, h, o aumentar el área superficial As. el aumento de h puede requerir la instalación de una bomba o ventilador o reemplazar el existente con uno más grande pero este procedimiento puede no ser practico o adecuado.

La alternativa es aumentar el área superficial al agregar unas superficies extendidas llamadas aletas hechas de materiales intensamente conductores como el aluminio. Las aletas mejoran la transferencia de calor desde una superficie al exponer un área más grande a la convección y la radiación.

Las superficies con aleta son de uso común en la práctica para mejorar la transferencia de calor y a menudo incrementan la razón de esa transferencia desde una superficie varias veces.

El radiador del automóvil es un ejemplo de una superficie con aletas. Las delgadas hojas metálicas colocadas muy cercas entre sí, que se sujetan a los tubos de agua caliente aumentan el área superficial para la convección y por consiguiente la razón de la transferencia de calor por convección desde los tubos hacia el aire, muchas veces.

En el análisis de las aletas se considera operación estacionaria sin generación de calor en la aleta y se supone que la conductividad térmica k del material permanece constante. También por conveniencia en el análisis se supone que el coeficiente de transferencia de calor por convección, h es constante y uniforme sobre toda la superficie de la aleta.

Se reconoce que en general ese coeficiente h varía a lo largo de la aleta así como de su circunferencia y que su valor en un punto es una fuerte función del movimiento del fluido en ese punto. El valor de h suele ser mucho más bajo en la base de la aleta que en la punta de la misma debido a que cerca de la base el fluido está rodeado por superficies solidas las cuales obstaculizan seriamente su movimiento hasta el punto de asfixiarlo en tanto que el fluido cercano a la punta de la aleta tiene poco contacto con una superficie y como consecuencia encuentra poca resistencia al flujo.

RE 640.2049 640.2049 640.2049 640.2049

X 0.025 0.05 0.075 0.1

CAPA LIMITE 0.00494027 0.00988054 0.014820804 0.019761072

Re 628.180162 628.180162 628.1801621 628.1801621

X 0.025 0.05 0.075 0.1

CAPA LIMITE 0.00498733 0.00997466 0.014961983 0.019949311

Re 738.098167 738.098167 738.0981671 738.0981671

X 0.025 0.05 0.075 0.1

CAPA LIMITE 0.00460101 0.00920202 0.013803023 0.01840403

Re 540.865385 540.865385 540.8653846 540.8653846

X 0.025 0.05 0.075 0.1

CAPA LIMITE 0.00537484 0.01074968 0.016124515 0.021499354

DATOS

L=0.1m

T_α=22°C

T_s=27.6°C

T_m=24.8°C

Q=10W

ϒ=1.567x〖10〗^(-5) m^2/s

Pr=0.7296

Re=((0.1 m⁄s)(0.1m))/(1.567〖x10〗^(-5) )

Re=640.204

Q=constante

Nu=0.69√640.204 ∛0.7296

Nu=15.717

h=((0.02551 w⁄mK)(15.717))/0.1m

h=4(m^2 k)/w

CAPA LIMITE

ζ=((5)(0.025m))/√640.204

ζ=0.00494m

ζ=((5)(0.05m))/√640.204

ζ=0.00988m

ζ=((5)(0.075m))/√640.204

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