La conveccin es el mecanismo transferencia de calor a travs de un fluido con movimiento masivo de ste. En la conveccin existe movimiento del fluido a nivel macroscpico mientras que en la conduccin existe movimiento a nivel microscpico, atmico o molecular, pero no a nivel macroscpico, entendiendo como nivel mcroscpico movimiento de volmenes relativamente grandes del fluido. Forzada: se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba. Natural: el movimiento del fluido es debido a causas naturales, como el efecto de flotacin, el cual se manifiesta con la subida del fluido caliente y el descenso del fluido frio. Interno: Limitado por completo por las paredes del ducto. Externo: Si el flujo no es limitado por una superficie (placa, alambre, exterior de un tubo. El flujo de lquidos en un tubo se conoce como flujo en canal abierto si ese tubo est parcialmente lleno con el lquido y se tiene una superficie libre. La velocidad de transferencia de calor a travs de un fluido es mucho mayor por conveccin que por conduccin. Cuanto mayor es la velocidad del fluido mayor es la velocidad de transferencia de calor. La transferencia de calor por conveccin depende de las propiedades del fluido, de la superficie en contacto con el fluido y del tipo de flujo. Entre las propiedades del fluido se encuentran: la viscosidad dinmica m, la conductividad trmica k, la densidad r. Tambin se podra considerar que depende de la viscosidad cinemtica n, puesto que n = m /r . Entre las propiedades de la superficie que intervienen en la conveccin estn la geometra y la aspereza. El tipo de flujo, laminar o turbulento, tambin influye en la velocidad de transferencia de calor por conveccin. La mayora son de geometra cilndrica, las complicaciones obedecen a la Rugosidad, temperatura, efectos de entrada y seccin (A). Es posible calcular los coeficientes de transmisin de calor. rea caracterstica: para conductos cilindricos A=DL Temperaturas caractersticas: Temperatura media aritmtica (promedio de temperaturas en seccin transversal) Temperatura del fluido (temperatura calrica) La temperatura del fluido corresponder a Tb Enflujointerno,elperfildelastemperaturas dependedelaposicinenlaseccin transversal y a lo largo del conducto: T=T(x,r) Coeficientes de transmisin del calor: Basado en Condiciones de Entrada: Basado en la Media Aritmtica (de las temperaturas extremas): Basado en la Media Logartmica (de las temperaturas extremas): Basado en la Diferencia Local de Temperaturas: La figura siguiente ilustra las caractersticas del sistema. El perfil de velocidades es parablico Todas las propiedades del fluido son constantes. La temperatura superficial de tubo Ts es constante Recordando que vmax=2vprom (4.21) ((

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\| =2max1Rrv vx ((

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\| =2max1Rrv vx ((

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\| =2max1Rrv vx La forma aplicable de la ecuacin de energa escrita en coordenadas cilndricas, suponiendo simetra radial, y despreciando (conduccin axial) en comparacin a la variacin: Sustituyendo ecuacin (4.21) en la ecuacin (4.22) resulta: 22xTccSustituyendo ecuacin (4.21) en la ecuacin (4.22) resulta: La cual es la ecuacin a ser resuelta con las siguientes condiciones de frontera: La solucin de la ecuacin (4.23) toma la forma: Los trminos cn, f(r/R), y n son todos coeficientes para ser evaluados usando condicionesde frontera apropiadas. Los argumentos de la exponencial exclusiva de n, esto es, Las soluciones detalladas de la ecuacin (4.24) son encontradas en la literatura y Knudsen y Katz las resumieron bastante bien. La figura 4.6 presenta estos resultados de la solucin de Graetz grficamente para dos condiciones de frontera diferentes en la pared, siendo estas: 1.- una temperatura de pared constante y 2.- flujo de calor constante en la pared. Flujo turbulento.- Cuando se considera el intercambio de energa entre la superficie de un conducto y un fluido en flujo turbulento, debemos usar correlaciones de datos experimentales como lo sugiere el anlisis dimensional. Las tres ecuaciones ms usadas de esta naturaleza y las restricciones sobre su uso son como sigue: Dittus y Boelter proponen la siguiente ecuacin del tipo sugerido antes por el anlisis dimensional. Es una de las formas ms usuales de transferencia de calor y de masa, y se caracteriza porque se produce a travs del desplazamiento de partculas entre regiones con diferentes densidades. La transferencia de calor por conveccin natural aparece siempre que un cuerpo se coloca en un fluido con una temperatura mayor o menor. Debido a la diferencia de temperaturas, el calor fluye entre el fluido y el cuerpo, cambiando l densidad del fluido cerca de la superficie. La diferencia de densidad produce un flujo descendente delfluido ms pesado y un flujo ascendente del fluido ms ligero. Si el movimiento del fluido solo se debe a diferencias de densidad producidas por gradientes de temperaturas y no es auxiliado por una bomba o ventilador, el mecanismo de transferencia de calor asociado se le llama transferencia de calor por conveccin natural. Las corrientes de conveccin natural transfieren la energa interna almacenada en el fluido fundamentalmente de la misma manera que la conveccin forzada. Sin embargo, la intensidad del movimiento suele ser menor en la conveccin natural, por lo que sus coeficientes de transferencia de calorson menores que los de la conveccin forzada. La conveccin es omnipresente en nuestra experiencia diaria. Atmsfera terrestre Crecimiento de cristales Cocina Principios fsicos en el anlisis de la conveccin natural. En el anlisis de la conveccin natural se utilizara un fenmeno observado por los griegos y descrito por Arqumedes ms o menos como sigue: Un cuerpo sumergido en un fluido experimenta una fuerza de flotacin o elevacin igual a la masa de fluido desplazado. Por lo tanto un cuerpo sumergido se eleva cuando su densidad es menor que la del fluido circundante y se hunde cuando su densidad es mayor. El efecto de flotacin es la fuerza propulsora en la conveccin natural. El estudio de la conveccin natural se basa en dos principios de la mecnica de fluidos: conservacin de masa y conservacin de momento y del principio de termodinmica que es la conservacin de la energa. Las ecuaciones de los principios mencionados se reducen al tomar en cuenta las siguientes suposiciones Dnde: U=velocidad caracterstica L= longitud caracterstica g= aceleracin de la gravedad = coeficiente de dilatacin (T-T)= diferencia de temperatura v= viscosidad cinemtica = difusividad trmica