CONVECCIÓN La convección es un fenómeno de transporte (materia y energía) que tiene su origen en diferencias de densidad. Cuando un fluido se calienta, se expande; en consecuencia su densidad disminuye. Si una capa de material más fría y más densa se encuentra encima del material caliente, entonces el material caliente asciende a través del material frío hasta la superficie. El material ascendente disipará su energía en el entorno, se enfriará y su densidad aumentará, con lo cual se hundirá reiniciando el proceso.
Ley de enfriamiento de Newton (Gp:) Temperatura superficial
(Gp:) Temperatura del fluido libre
(Gp:) Coeficiente de convección
(Gp:) Superficie de intercambio
(Gp:) T superficial
(Gp:) T fluido libre
Capa límite (Gp:) ?T
(Gp:) Valores típicos del coeficiente de convección
(Gp:) Distancia
(Gp:) Velocidad
(Gp:) Velocidad
(Gp:) Distancia
Laminar Turbulento Perfiles de velocidad
(Gp:) Superficie
(Gp:) Distribución de temperaturas
(Gp:) Distancia
(Gp:) Temperatura
(Gp:) Capa límite
(Gp:) T superficie
(Gp:) T fluido libre (Gp:) (región de temperatura uniforme)
Ley de Newton del enfriamiento Perfiles de temperaturas
Viscosidad: propiedad molecular que representa la resistencia del fluido a la deformación Dentro de un flujo, la viscosidad es la responsable de las fuerzas de fricción entre capas adyacentes de fluido. Estas fuerzas se denominan de esfuerzo cortante (“shearing stress”) y dependen del gradiente de velocidades del fluido. Viscosidad dinámica Gradiente de velocidad (Pa · s=N·s/m2) (1 Pa · s = 10 Poise) (Gp:) z (Gp:) c (Gp:) c+dc (Gp:) F (Gp:) A
Viscosidad cinemática (m2s-1) Fluidos viscosos ? fricción entre capas, disipación energía cinética como calor ? ? aportación de energía para mantener el flujo Fluidos viscosos en régimen laminar ? fricción entre capas, disipación como calor ? ? existen intercambios de energía entre capas adyacentes de fluido
Flujo laminar y flujo turbulento Número de Reynolds Si Re < Re CRÍTICO ? Régimen laminar Si Re > Re CRÍTICO ? Régimen turbulento Valores típicos Superficie plana: Re CRÍTICO ? 5?10-5 Conducto cilíndrico: Re CRÍTICO ? 2200
Geometría Aspereza Permeabilidad Subcapa agitada Capa superficial: flujos verticales prácticamente constantes Capa externa Atmósfera libre Decenas de metros ? 1 km Dirección del flujo ? Factores locales Dirección del flujo ? Condiciones superficiales y rotación terrestre Dirección del flujo ? Gradientes horizontales de P y T, rotación terrestre
(Gp:) Z (Gp:) X (Gp:) Y
RADIACIÓN
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