1. La transferencia de energía por convección es un fenómeno complicado en donde
participan un gran número de efectos, no hay suficiente información para permitir
la formulación, ya sea de las ecuaciones diferenciales que lo gobiernan, o de una
noción clara y completa del fenómeno al cual se le puedan aplicar leyes
fundamentales.
El análisis debe ser experimental y la correlación de las observaciones será un
acercamiento empírico a la ecuación que describa correctamente el proceso.
Una herramienta que es utilizada en fenómeno tan complicados es el análisis
dimensional, esta metodología permite obtener una relación entre un conjunto de
ciertos números adimensionales, que de alguna forma, incluyen toda la
información necesaria para describir el fenómeno con un cierto rigor (cuanto
mayor sea este más información se requiere).
Cada número adimensional es una medida del comportamiento del sistema en
cierto aspecto, por ejemplo el número adimensional conocido como número de
Reynolds es una medida de la importancia de las fuerzas inerciales frente a las
viscosas en un fluido en condiciones dada.
A través de correlaciones, cuya forma matemática es obtenida a través del
análisis dimensional, y sus factores y exponentes a través de la determinación
experimental, se puede describir un fenómeno como la convección, de estas
expresiones participan los números adimensionales, que como se dijo introducen
la información que describe la situación.
En las correlaciones para convección forzada participan cuatro números
adimensionales: Nu (número de Nusselt), Re (número de 4Reynolds), Pr (número
de Prandtl),L/D (número adimensional relación entre largo y diámetro),
Recordando los fenómenos de convección forzada sin cambio de fase
puede describirse a través de correlaciones que vinculan los números
adimensionales: Nu, Re, Pr y L/D las correlaciones son de la forma:
A través de observaciones experimentales se han obtenido diferentes valores de
los coeficientes y exponentes.
Una ecuación que se ajusta bien a los resultados experimentales es la expresión
de Colburn: (convección forzada en escurrimiento turbulento)
2. Nu= 0. 023* Re0.8*
Pr0.4
( Re > 10.000)
Una ecuación modificada es utilizar las propiedades del fluido a temperatura
media del mismo. Para este caso:
Nu = 0,023 Re0.8
Pr0.24
Y en el caso de un fluido viscoso o saltos de temperatura pared-fluido grandes
debe corregirse esta última multiplicándola por el factor ) siendo
µ l.= viscosidad del fluido a la temperatura del mismo y µ w =viscosidad del fluido
a la temperatura de la pared. Luego la expresión sería: Nu = 0,023 Re0.8
Pr0.24 *
Nu = 0,023 Re0.8
Pr0.24
*
Además para el caso de caños cortos (longitud < 60" Diámetro) por efectos de los
extremos interviene el factor adimensional (L/D).
Para convección forzada en escurrimiento laminar: Nu= 1,86 (Re*pr* D/L)^1/3*(
µl/ µw)^0.14
Recordando que el Nusselt es = h*D/K
Se puede despejar el coeficiente de transferencia, que es lo que nos interesa. Por
ejemplo:
a. Régimen laminar:
h*D/K = 1,86 (Re*Pr*D/L)^1/3*( µl/ µw)^0.14
Luego: h=1,86*k/D*(re*Pr*D/L)^1/3*( µl/ µw)^0.14…….1
b. Régimen turbulento:
h*D/k=0,023*Re^0,8*Pr^0.4(µl/ µw)^0.14
h=0,023*k/D*Re^0,8*Pr^0,4*( µl/ µw)^0.14….2
bibliographic:
http://www.ibeninson.com.ar/nsite/archivos/Conveccion.pdf
