8.conveccion natural

7/24/2019 8.Conveccion Natural

1/27

Conveccin natural


2/27

La conveccin es la transferencia de calormediante el movimiento de un uido.

Esta se lleva a cabo porque un uido enmovimiento recoge energa de un cuerpo

caliente o lleva energa a un cuerpo frio.

Newton deni el calor transferido desde lasupercie de un solido a un uido en

movimiento por:


3/27

En el caso de la conveccin natural el movimiento deluido se debe a la diferencia de densidades que sepresentan en el uido como resultado de una diferencia

de temperatura.

El coeciente de transferencia de calor por conveccin

natural es relativamente bajo en comparacin con elde conveccin forada. !radiadores para calefaccin" lostrasformadores el#ctricos" los equipos e$puestos al aire"tuberas" etc.%


4/27

&ediante el an'lisis dimensional se puede demostrarque los grupos adimensionales que controlan la

transferencia de calor en conveccin natural son:

El numero de (randtl caracteria la

relacin entre las propiedades de

viscosidad ) conductividad t#rmicadel uido.

El numero de *ras+of

relaciona las fuerasde

roamiento" inercia )otacin debidas a la diferencia de densidades entre losdistintos puntos del ujo no isot#rmico.


5/27

El numero de Nusselt relaciona la transferencia de calor por conveccin

con relacin a la transferencia de calor porconduccin.

en donde:


6/27

En general los grupos se combinandando correlaciones del tipo


7/27

,orrelaciones m's usadas

(aredes verticalesEn el caso de conveccin natural de calor desde unasupercie vertical a un uido

si el producto del *r(r va de -/a -0.las propiedades deluido se calculan a

1f 2 1uido 3 1pared

4

5i el producto del *r(r va de -0a --4.la ecuacin anterior

se modica resultando:


8/27

(lacas +oriontales

(ara placas calientes con la cara +acia arriba o placas fras con la

cara +acia abajo en el rango turbulento de *r(r de 4 $ -6

a 7 $--.

En el rango laminar de *r(r de - 8a 4 $ -6

(ara placas calientes con la cara +acia abajo o planos fros con lacara +acia arriba en el rango laminar de *r(r de 7 $ - 8a 7 $ --.


9/27

,orrelaciones para conveccin natural en tubos

La transferencia de calor desde tubos verticales se obtienecon:

(ara el rango de *r(r de - 7a -05i se presenta turbulencia

(ara *r(r de - 0a --4


10/27

,ilindros

La conveccin natural desde cilindros +oriontales dedi'metro e$terior 9o se obtiene con :

!se aplica para un solo tubo%

(ara *r(r de - 7a -0

5i *r(r es ma)or que -0

5i *r(r es menor que -/


11/27

Ecuaciones simplicadas para la transferencia de calorpor conveccin natural del aire

(lanos verticales ) cilindros verticales

(ara *r(r de -0a --4 o L ./m

(ara *r(r de -/a -0 o L ; ./m

,ilindros +oriontales


12/27

(lacas calientes con la cara +acia abajo

(lacas fras con la cara +acia abajo

en donde 9 ) L est'n dados en m ) +en ,


13/27

,onveccin natural en unespacio limitado

Las correlaciones anteriores para conveccin natural fueron

desarrollados para espacio ilimitado. En un espacio limitado el

fenmeno de conveccin natural se da junto con el de

conduccin.

La circulacin natural de un uido en un espacio limitado se

produce si e$iste diferencia de temperatura entre dossupercies.


14/27

El coeciente de transferencia de calor entre lasdos supercies seria:

5i la distancia entre las paredes !$% es peque?a"entonces slo +abr' conduccin:

La relacin entre el calor por conduccin )conveccin:

5i el *ras+of es menor de 4$- 7 se suprime laconveccin natural ) por lo tanto


15/27

Para espacios verticales cerrados

Si

Para turbulento


16/27

Para espacios horizontales

Laminar

Turbulento

Para lquidos si la placa inferior

esta a mayor temperatura que lasuperior


17/27

@na tubera de 4 in de di'metro e$terior tiene sus supercie a -- >, )

esta situada en un cuarto en el que la temperatura ambiente es de 4 >,.

determine la cantidad de calor transferido por m4 de supercie e$terna si

el coeciente de transferencia se obtiene mediante la ecuacin :

+2.46 !A1=9o%.48

En 9o se da en pies" A1 en >B ) el coeciente + en C1@=+ft4>B.

D,u'l seria la forma de la correlacin si + se diera en ," A1 en >,

) 9o en m


18/27


19/27

Ecuacin de conveccin


20/27


21/27

Cp

37.8 1.0048

58.5 x

65.6 1.0090

m= 65.6 - 37.8 = 6.61x103

1.0090- 1.0048

6.61x103 = 65.6 - 58.5

1.0090 - x

6.6786x103 - 6.6190 x103 x = 7.1 x= 7.1 - 6.6786x103

6.6190 x103

x=1.007932 Kj 1 Kcal

KgK 4.1840Kj

x= 0.241 Kcal/KgK

K

37.8 0.02700

58.5 x

65.6 0.02925

m= 65.6 - 37.8 = 12.35x103

0.02925 - 0.01700

12.35x103 = 65.6 - 58.5

0.02925 - x

361.4 - 12.35 x103 x = 7.1

x= 7.1 361.412.35 x103

x =0.02869 W 14.340 cal/min

mK 1 W

x= 0.4114146 cal ( 1Kcal )(60 min)

minmK( 1000cal)( 1 )

x=0.02469 !cal ( 1 )mK( 3600")


22/27

#$ = 0.53 (%&'&)0.25 "i (%&'&) a * 103 a 109

= 1.133 (+,/)0.25 "i (%&'&) a * 103 a 109

%&'& = 1 ( 9.81 )(0.1524 )3( 1.06 ) 2 (67) (0.2415 )(1.995 x10-5)

77-.-8 !1.995 x10-5%4 F.G8G $ - HF

*r(r 2 -.70// $ - 6

Nu2 + 9o 2 .87 ! -.70// $ - 6%.48

8.conveccion natural

Documents