MARCO TEORICO
1. CONVECCIÓN
FORZADA
1.1. CONCEPTOS Y DEFINICIONES
La convección es el mecanismo de transferencia de
calor a través de un fluido con movimiento masivo de
éste. En la convección existe movimiento del fluido
a nivel macroscópico mientras que en la conducción
existe movimiento a nivel microscópico, atómico o
molecular, pero no a nivel macroscópico, entendiendo como
nivel macroscópico movimiento de volúmenes
relativamente grandes del fluido.
Fig.1.- Mecanismos de Transferencia
de calor
En cualquier caso, la velocidad de transferencia de
calor por convección siempre es proporcional a la
diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido. Este
hecho se modela matemáticamente mediante la Ley de
Enfriamiento de Newton:
q = h (Ts – Tf)
donde Ts es la temperatura de la superficie en contacto
con el fluido y Tf es la temperatura del fluido lo
suficientemente lejos de dicha superficie. La influencia de las
propiedades del fluido, de la superficie y del flujo se
cuantifica en el coeficiente de película o coeficiente de
transferencia de calor por convección (h).
1.2. NÚMEROS ADIMENSIONALES
En convección se emplean los siguientes
números adimensionales:
1.2.1. Número de NUSSELT (Nu)
El flujo de calor debido a la convección
será: q-punto convección = h DT, mientras que el
flujo de calor si sólo existiera conducción
sería q-punto conducción = k (DT / L). Dividiendo
ambas expresiones:
1.2.2. Número de PRANDTL (Pr)
Representa la relación que existe entre la
difusividad molecular de la cantidad de movimiento y la
difusividad molecular del calor o entre el espesor de la capa
límite de velocidad y la capa límite
térmica:
1.2.3. NÚMERO DE REYNOLDS (RE)
Representa la relación que existe entre las
fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas que actúan sobre
un elemento de volumen de un fluido. Es un indicativo del tipo de
flujo del fluido, laminar o turbulento.
1.2.4. NÚMERO DE GRASHOF (GR)
Representa la relación que existe entre las
fuerzas de empuje y las fuerzas viscosas que actúan sobre
el fluido. Es un indicativo del régimen de flujo en
convección natural, equivalente al número de
Reynolds en convección forzada.
1.2.5. NÚMERO DE RAYLEIGH (RA)
Es función del número de Grashof y del
número de Prandtl. Su valor es el número de Grashof
multiplicado por el número de Prandtl.
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