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.
| Página siguiente |