Ver 4ª PARTE
Intercambio
radiante entre superficies opacas
Convección
térmica
Para tubos, canales, o conductos de pequeño diámetro a velocidad suficientemente baja, las capas límites laminares en cada pared crecen hasta que cumplen. Esto ocurre cuando el número de Reynolds basado en diámetro de tubo, Re = VavgD/v, es menor que 2000 a 2300. Más allá de este punto, la distribución de velocidad no cambia, y no tiene lugar transición al flujo turbulento. Esto es denominado flujo laminar completamente desarrollado. Cuando el número de Reynolds es mayor que 10000, las capas límites llegan a ser turbulentas antes de que se encuentren, y se establezca el flujo turbulento completamente turbulento. Si el flujo es turbulento, existen tres regiones completamente diferentes. Inmediatamente siguiente a la pared es una subcapa laminar, donde la transferencia de calor ocurre por conducción térmica; la siguiente es una región de transición llamada capa buffer, donde tanto la mezcla de Eddy como los efectos de conducción son significativos; la capa final, extendiendo al eje de la tubería, es la región turbulenta, donde el mecanismo dominante de transferencia es la mezcla de Eddy.
Ver 6ª PARTE
Relación de
reciprocidad
Relaciones de descomposición
Para estas tres superficies i, j, y k, con Aik
indicando una superficie con dos partes denotadas por Ai y Aj,
Intercambio
radiante entre superficies opacas
Una superficie Ai radia energía a una tasa independiente de
sus alrededores. Absorbe y refleja radiación incidente de las superficies de
los alrededores a una tasa dependiente de su absorción. La tasa de transferencia de calor
neta qi es la diferencia entre la energía radiante que deja la
superficie y la tasa de energía radiante incidente; es la tasa a la que la
energía debe ser suministrada de una fuente externa para mantener la superficie
a una temperatura constante. El flujo de calor radiante de una superficie Ai
es denotada por q”i.
Varios métodos han sido desarrollados para resolver
problemas de intercambio radiante específicos. El método de la radiosidad y el
método de circuito térmico son presentados aquí.
Consideremos la tasa de transferencia de calor de una
superficie de un cerramiento n-superficie con un medio interviniente que no
participa en la radiación. Todas las superficies se asumen grises y opacas. La
radiosidad Ji es la tasa
total de energía radiante dejando una superficie i por área unitaria (es decir,
la suma del flujo de energía emitido y el flujo de energía reflejado):
Donde Gi
es la tasa total de energía radiante incidente en una superficie i por área
unitaria. Para superficies grises opacas, la reflectividad es:
Así:
Nótese que para una superficie negra, ε =
1, ρ
= 0, y J = Wb.
La transferencia de energía radiante neta qi es
la diferencia entre la energía total dejando la superficie y la energía
incidente total:
Eliminando Gi entre las dos ecuaciones anteriores
tenemos:
Método de la
radiosidad
Consideremos un recinto de superficies isotérmicas n con
área de A1, A2,…, An, y emisividades de ε1,
ε2,…, εn, respectivamente. Algunas pueden estar a
temperaturas uniformes pero diferentes, y las superficies restantes tienen
flujo de calor uniforme pero diferente y conocido. El flujo de energía radiante
incidente en una superficie Gi es la suma de energía ratiante alcanzando desde
cada una de las superficies n:
O
Método del circuito
térmico
Otro método para determinar la tasa de transferencia de
calor es usar circuitos térmicos para tasas de transferencia de calor radiativo.
Las tasas de transferencia de calor de una superficie i a una superficie k y de
superficie k a superficie i, respectivamente, vienen dados por:
Y
Usando la relación de reciprocidad
, la tasa de transferencia de calor neta de una
superficie i a una superficie k es:
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN TÉRMICA
Convección
térmica
Enfriadores y calentadores de aire
forzado, condensadores y evaporadores de aire forzado y refrigerados por agua,
e intercambiadores de calor de succión de líquidos son ejemplos de equipos que
transfieren calor primariamente por convección forzada. La mayoría de las
correlaciones para convección forzada son de la forma:
Flujo externo.
Cuando el fluido fluye sobre una placa plana, una lámina límite se forma
adyacente a la placa. La velocidad del fluido en la superficie de la placa es
cero y se incrementa a su valor máximo en el borde de la capa límite. La
formación de la capa límite es importante porque el cambio de temperatura de la
placa al fluido ocurre a través de la placa. Donde la capa límite es espesa, la
resistencia térmica es grande y el coeficiente de transferencia de calor es
pequeño. El flujo dentro de la capa límite inmediatamente abajo del borde
principal es laminar. Cuando el flujo tiene lugar a lo largo de la placa, la
capa límite laminar incrementa en espesor a un valor límite. Entonces
corrientes parásitas turbulentas se desarrollan en la capa límite, excepto en
una subcapa laminar delgada adyacente a la placa.
La placa límite más allá de este punto es
turbulenta. La región entre la descomposición de la capa límite laminar y la
capa límite turbulenta es la región de transición. Debido a que las corrientes
parásitas turbulentas en gran medida realzan el transporte de calor en el
chorro principal, el coeficiente de transferencia de calor se incrementará
rápidamente a través de la región de transición. Para una placa plana con un
borde principal uniforme, la capa límite turbulenta comienza a una distancia xc
del borde principal donde el número de
está en el rango 300 000 a 500 000 (en algunos casos, más alta). En una placa con un borde frontal obtusa u otras irregularidades, puede comenzar con números de Reynolds mucho más pequeños.
está en el rango 300 000 a 500 000 (en algunos casos, más alta). En una placa con un borde frontal obtusa u otras irregularidades, puede comenzar con números de Reynolds mucho más pequeños.
Flujo interno
Para tubos, canales, o conductos de pequeño diámetro a velocidad suficientemente baja, las capas límites laminares en cada pared crecen hasta que cumplen. Esto ocurre cuando el número de Reynolds basado en diámetro de tubo, Re = VavgD/v, es menor que 2000 a 2300. Más allá de este punto, la distribución de velocidad no cambia, y no tiene lugar transición al flujo turbulento. Esto es denominado flujo laminar completamente desarrollado. Cuando el número de Reynolds es mayor que 10000, las capas límites llegan a ser turbulentas antes de que se encuentren, y se establezca el flujo turbulento completamente turbulento. Si el flujo es turbulento, existen tres regiones completamente diferentes. Inmediatamente siguiente a la pared es una subcapa laminar, donde la transferencia de calor ocurre por conducción térmica; la siguiente es una región de transición llamada capa buffer, donde tanto la mezcla de Eddy como los efectos de conducción son significativos; la capa final, extendiendo al eje de la tubería, es la región turbulenta, donde el mecanismo dominante de transferencia es la mezcla de Eddy.
Ver 6ª PARTE
0 comentarios:
Publicar un comentario