Transferencia Calor

PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

Convección Mecanismo de transferencia de calor en el cual la energía se transporta por el movimiento del fluido. Incluye también conducción molecular

Cómo se produce el transporte

Debido al movimiento del fluido unas partes de él se mezclan con otras a diferente temperatura. El mecanismo de transporte de energía de una partícula del fluido o molécula a otra es de transferencia de energía cinética, como en el caso de la conducción. La diferencia es que en convección se produce desplazamiento de masa

Dónde domina el mecanismo de convección

Fluidos en contacto con sólidos a diferente temperatura/Entre partes de un fluido, a diferente temperatura. No es posible observar conducción pura en el seno de un fluido

¿ Cómo se verifica el proceso de Transferencia de Convección?

 El calor fluye primero por conducción desde la superficie hacia las partículas del fluido. La energía transferida servirá para incrementar la temperatura y la energía interna del fluido.

 El mecanismo de transferencia en el fluido ocurre desde una región de alta temperatura hacia una zona de baja temperatura.

 La energía se almacena en la partículas del fluido y se transporta como resultado del movimiento de masa.

CONVECCIÓN FORZADA

 Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluido sobre una superficie sólida, por medio de una bomba o un ventilador.

 Cuando el movimiento de mezclado es inducido por algún agente externo.

LEY DE NEWTON

 Newton estudió el mecanismo de convección en forma comparativa observando la circulación de fluidos en un sistema de tubos cilíndricos concéntricos donde el fluido circula a contracorriente.

 El estudio se realiza por comparación: la transmisión de calor se realiza en regímenes de circulación tanto laminar como turbulento. En estas condiciones, Newton midió cantidad de calor transferido ΔQ, el gradiente de temperaturas t y como consecuencia obtuvo experimentalmente una resistencia al flujo de calor proporcional al gradiente t e inversamente proporcional al calor ΔQ.

 R ~ Δt / ΔQ

LA CONSTANTE DE CONVECCIÓN "H".

Para las aplicaciones prácticas se utiliza la constante "h", llamada también coeficiente de película.

Es de muy difícil determinación, ya que depende de las siguientes variables:

* velocidad de circulación

* densidad de fluido

* calor específico de las sustancias

* diámetro de los tubos

* viscosidad del fluido

* conductividad

Con todos estos parámetros se plantea la solución mediante el análisis adimensional de Backingham (disponible en próximas publicaciones).

ECUACIÓN GENERAL DE CONVECCIÓN.

Para cada sistema de convección existirá una constante "h", de tal forma que la ecuación de Newton se plantea similar a la de Fourier:

dQ/dτ ]A = h A (t-θ)

CONVECCIÓN NATURAL

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.

Por lo tanto, en convección natural las fuerzas de flotación generan el movimiento del fluido. Sin una fuerza gravitacional la convección no es posible. En convección natural una velocidad característica no es fácilmente disponible.

La transferencia de calor por convección depende de las propiedades del fluido, de la superficie en contacto con el fluido

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