martes, 31 de marzo de 2015

Convección Natural Bajo flujo de calor unitario uniforme (I)

Se muestran situaciones que involucran distribución uniforme de flujo de calor unitario a lo largo de una superficie cuando ésta se calienta mediante un calentador eléctrico y cando la conducción a lo largo de la superficie es pequeña. Hablando en general, una superficie sujeta a dicho flujo de calor unitario uniforme no estará a una temperatura uniforme y, por lo tanto las correlaciones que antes se presentan eran aplicadas con gran precisión. Vliet y Vliet y Lin han reportado una extensa experimentanción sobre convección natural con flujo de carga unitario uniforme sobre superficies q.

lunes, 30 de marzo de 2015

Espació anular entre esferas concéntricas (III)

Powe y col. investigaron los patrones de flujo debidos a convección natural en anillos cilíndricos. sin embargo, no presentaron correlación alguna para el número de Nusselt promedio.

Con frecuencia, tenemos necesidad de contar con una estimación estable del valor de h para la convección natural para el aire. La temperatura de película se encuentra con frecuencia en el rango 80°F a 260°F (27°C a 127°C). En tales situaciones, podemos simplificar algunas de las correlaciones de diseño que se discutieron en este blog. En la tabla 9-1 se sintetizan dichas correlaciones simplificadas para el aire a presión atmósferica. Si se encuentra una presión (p) diferente de la atmosférica (pa), entonces el valor de h que se obtiene según la tabla se debe multiplicar por (p/pa)^(1/2) para régimen laminar, y por (p/pa)^(2/3) para régimen turbulento.


domingo, 29 de marzo de 2015

Espació anular entre esferas concéntricas (II)

El número de Raleigh se basa en la amplitud del hueco, δ, que es igual a (ro - ri). Las correlaciones son

sábado, 28 de marzo de 2015

Espació anular entre esferas concéntricas (I)

Scanlon y col. efectuaron experimentos de transferencia de calor por convección natural a través de esferas concéntricas. Expresaron sus correlaciones en términos de la conductividad efectiva, ke. Dicha conductividad se define mediante la ecuación:


en cuya expresión Q es la transferencia de calor real por convección, ri y ro son los radios interior y exterior del encierro, y Ti y To son las temperaturas de las superficies interior y exterior del encierro. Observamos que si ke que aparece en la ecuación (9-34) se reemplaza por la conductividad térmica, k, la cantidad Q representará la razón de conducción de calor en la concha esférica.


viernes, 27 de marzo de 2015

Espacios inclinados (VI)

EStos investigadores concluyeron que cuando el ángulo de inclinación se incrementa de 45 a 90°, el número de Nusselt decrece un 18%.

Martini y Churchill investigaron la convección libre dentro de un espacio cilíndrico horizontal que contiene aire. Encontraron que el número de Nusselt es igual a 7 para las condiciones que ellos investigaron.

jueves, 26 de marzo de 2015

Espacios inclinados (V)

La ecuación (9-33) correlaciona datos experimentales con un rango de exactitud dentro de 5% para φ < 60° <. Para 60° < φ < 75°,la correlación coincide dentro de un 10% de exactitud.

Otra correlación propuesta por Randall y col, basada en sus estudios con interferómetro, es


miércoles, 25 de marzo de 2015

Espacios inclinados (IV)

Hollands y col experimentaron con convección natural en aire encerrado en un espacio inclinado de razón de aspecto de 48. Dichos investigadores calentaron el espacio en la parte inferior y variaron θ entre 15° y 75°. Dieron la correlación siguiente:


martes, 24 de marzo de 2015

Espacios inclinados (III)

Arnold y col investigaron la configuración que se muestra en la figura 9-15 para θvariando entre 0 y 180°; esto es, superficie caliente en la parte superior y la inferior. Ambos investigadores mostraron que la ecuación (9-33) se cumple muy bien para razones de aspecto hasta de 12.

en cuya expresión Nu0 = π es el número de Nusselt promedio para un espacio que se calienta en la parte inferior. La ecuación (9-33c) se debe utilizar para razones de aspecto mayores que tres.

lunes, 23 de marzo de 2015

Espacios inclinados (II)

En 1974, Arnold, y col condujeron experimentos con aceite de silicón (Pr = 2 000) y agua (Pr= 4.5) para una razón de aspecto de 6 para valores de θ variando entre 15 y 180°. Los investigadores encontraron una coincidencia razonable con la ecuación (9-33a) para 60°< θ < 120°. Suponiendo que la porción convectiva  del número de Nusselt, esto es (Nu-1), es proporcional a g sen  θ, los investigadores propusieron la correlación siguiente.


domingo, 22 de marzo de 2015

Espacios inclinados (I)

Catton y col. obtuvieron una solución analitica al problema de convección natural en una región rectangular inclinada para 0 ° < θ < 120°, donde el ángulo θ se define como en la figura 9-16. Encontraron que sus resultados coinciden razonablemente con los datos de los otros investigadores. Ayyaswamy y Catton demostraron que el número de Nusselt para un espacio inclinado, Nuθ, se puede expresar como

Espacios horizontales (II)

Goldtein y Chu han discutido el trabajo de varios investigadores. Ambos encontraron que los resultados de su trabajo experimental coinciden muy bien con la correlación de O'Toole y Siveston, que se proporciona en seguida.



Se puede observar que cuando el número Rayleigh es alto, el efecto de la razón de aspecto es pequeña, por lo tanto despreciable.

Recientemente Edwards, Arnold y Wu reportaron correlaciones para la transferencia de calor a través de celdas rectangulares en posiciones horizontales e inclinadas. Dicho tipo de celdas encuentra algunas veces aplicación en arreglos de formas de panales de miel en colectores solares.


sábado, 21 de marzo de 2015

Espacios horizontales (I)

Considere un sitio cerrado cuyas superficies están separadas por un hueco pequeño. Cuando la temperatura de la superficie superior del sitio cerrado es mayor que la temperatura de la superficie interior, las corrientes convectivas están más o menos ausentes y el proceso de transferencia de calor se debe a la conducción a través del espacio. En tal caso el número de Nusselt es igual a la unidad.

Cuando la superficie inferior es más caliente que la superficie superior y el número de Grashof, basado en la separación δ, como longitud característica, es menor que 1 700, entonces el único modo de transferencia de calor es la conducción pura. Para Grδ >1700, se establecen patrones de convección interesantes. Se crea un patrón de celtas exagonales como se ilustra en la figura 9-15. Dichos patrones fueron observados por primera vez por Benard y se lees conoce, por o tanto, como celdas de Bernard. Para Grδ > 50 000, se establece turbulencia y se destruye el patrón de celdas.

viernes, 20 de marzo de 2015

Espacios verticales (IV)

El Sherbiny y col investigaron experimentalmente la convección natural a través de capas verticales e inclinadas con diferentes razones de aspecto. Raithby tomó en cuenta sus resultados y sugirió que el número de Nusselt se calcule utilizando tres ecuaciones diferentes y se utilice el mayor de los tres valores.

Nu promedio =  máximo entre Nu1, Nu2, y Nu3.



jueves, 19 de marzo de 2015

Espacios verticales (III)

Las propiedades que intervienen en el número de Grashof y la conductividad térmica se evalúan a la temperatura promedio de T1 y T2.

Gvober presenta los resultados de Neiman para la razón (ke/k) para una gran variedad de orientaciones de espacios cerrados.

Yin y Col examinaron el papel que juega la razón de aspecto (L/δ) en la distribución de temperatura y en la transferencia de calor. La cantidad de L que aparece en la razón de aspecto representa la dimensión más corta en la pared plana que forma una frontera del espacio cerrado, y δ es la amplitud del espacio. Sus correlaciones,

miércoles, 18 de marzo de 2015

Espacios verticales (II)

Para pequeños valores de δ, correspondientes a un número de GRashof menor que 2 000, la transferencia de calor tiene lugar esencialmente por conducción y la conductividad térmica efectiva es esencialmente igual a la conductividad térmica real. Para números de Grashof mayores, la contribución de convección a la transferencia de calor a través del espacio, no es insignificante y ke es mayor que k, Jakob dio fórmulas empíricas para determinar ke.

Podemos escribir

martes, 17 de marzo de 2015

Espacios verticales (I)

Tradicionalmente, la razón de transferencia de calor a través de un espacio vertical de amplitud δ se determina empleando una conductividad térmica efectiva, ke, y utilizando la ecuación de conducción de calor para una pared plana.

lunes, 16 de marzo de 2015

Correlaciones para espacios cerrados

La dimensión característica, Lc, para el número de Grashof para convección natural en un espacio encerrado, acotado por dos paredes planas en la separación, δ, entre las dos paredes. Puesto que estamos interesados en la transferencia de calor a través del hueco entre una pared y la otra, la diferencia de temperatura ΔT se toma como (T1-T2), donde T1 y T2 son las temperaturas de las dos paredes que acotan el sitio cerrado.

domingo, 15 de marzo de 2015

Esfera

Basado en el trabajo de Yuge (referencia 19), se recomienda la siguiente relación para convección natural de una esfera.

Las propiedades que se usan en la ecuación anterior se evalúan a la temperatura de película, y RaD significa un número de Rayleigh basado en el diámetro de la esfera.

sábado, 14 de marzo de 2015

Cilindros horizontales Problemas muestra

Un tubo de vapor horizontal con un diámetro exterior de 6 pulgadas conduce vapor saturado a 230°F. La temperatura del aire que rodea al tubo es de 70°F. Calcule la cantidad que se condensa al llegar al término de una sección de 100 pies del tubo.

Solución:

Datos: Un tubo horizontal de D.E. igual a 6 pulgadas, transporta vapor saturado cuya temperatura es de 230°F. La temperatura del aire que rodea al tubo es de 70°F.




viernes, 13 de marzo de 2015

Cilindros horizontales (III)

La ecuación (9-28) correlacionalos datos de varios investigadores con un error promedio igual a cero y una desviación promedio de 1.5%

Kuehn y Goldstein condujeron una investigación experimental de transferencia de calor debida a convección natural en anillos concéntricos y excéntricos horizontales, utilizando nitrógeno presionado como fluido en el proceso. Encontraron que la excentricidad influye marcadamente sobre el coeficiente local de transferencia de calor; sin embargo, el coeficiente de transferencia de calor promedio para una excentricidad de 2/3 se encuentra dentro de un rango de 10% del coeficiente de transferencia de calor promedio para el caso concéntrico con el mismo número de Rayleigh.

Sprott y col. demostraron que la presión del sonido puede producir un incremento en el coeficiente de pelicula de un tanto como 200%, dependiendo del nivel de decibel y la frecuencia de, sonido.

jueves, 12 de marzo de 2015

Cilindros horizontales (II)

El error que se incluye en el caso de las ecuaciones (9-27) es de ± 15%. Para números de Prandtl pequeños se considera que da un mejor resultado una correlación debida a Hyman, Bonilla y Ehrlich (referencia 17) que las ecuaciones (9-27) Dicha correlación es


Raithby y Hollands analizaron la convección natural en los regimenes laminar y turbulento de una familia de cilindros elipticos horizontales. Ambos investigadores consideraron, además, una placa vertical y un cilindro horizontal como casos especiales. Sus correlaciones para el número de Nusselt promedio predicen valores que coinciden muy estrechamente con los datos experimentales, especialmente para valores muy altos y muy bajos del número de RAyleigh. Las correlaciones de Raithby y Hollands son, sin embargo, mas complicadas de utilizar, Fand, Morris y Lum procesaron los datos experimentales disponibles para cilindros horizontales con la intención de determinar la temperatura óptima para las propiedades del fluido que se utilizan en los números sin dimensiones. Su investigación les llevó a la correlación:

miércoles, 11 de marzo de 2015

Cilindros horizontales (I)

La dimensión característica para transferencia de calor para convección natural de cilindros horizontales es el diámetro, D, del cilindro. McAdams (referencia 6) ha reunido los datos de un buen número de trabajadores en este campo. Las correlaciones que recomienda se dan en seguida.



martes, 10 de marzo de 2015

Cilindros verticales (II)

Minkowycz y Sparrow obtuvieron resultados analíticos para cilindros verticales isotérmicos para las cuales no se satisfacen completamente la condición (9-26). Dichos investigadores aplicaron el método no similaridad local y obtuvieron una solución númerica para Pr = 0733. Demostraron que para (D/L)(GrL) ^1/4 = 0.6 la razón de transferencia de calor total de un cilindro vertical isotérmico es a lo más cuatro veces el tanto que el calculado para una placa vertical.


lunes, 9 de marzo de 2015

Cilindros verticales (I)

La dimensión característica para cilindros verticales es la altura, L, del cilindro. La transferencia de calor de un cilindro vertical se puede calcular usando las relaciones para una placa vertical, siempre y cuando el espesor de la capa frontera sea pequeña comparada con el diámetro, D, del cilindro. El criterio para tratar un cilindro vertical del mismo modo que una placa vertical dado por Gebhart es


domingo, 8 de marzo de 2015

Problema 1 Bloques rectangulares

Una placa horizontal delgada, y con 16 cm de diámetro, se mantiene a 130°C en un gran cuerpo de agua cuya temperatura es de 70°C. La placa transfiere calor por convección desde sus superficies inferior y superior. Determine la razón de calor que se suministra a la placa, necesario para mantener la temperatura de 130°C.

Solución




sábado, 7 de marzo de 2015

Bloques rectangulares

La dimensión caracteristica, Lc, está dada por


La correlación anterior se puede emplear también para un cilindro sólido vertical corto.

viernes, 6 de marzo de 2015

Superficies inclinadas

Fuji e Imura (referencia 13) efectuaron experimentos de la transferencia de calor por convección natural de una placa de longitud L empleando agua pura ventilada. Se midió el ángulo de inclinación, θ, desde la vertical ( θ = 0°) y varía dicho ángulo de 0° a 89°. La correlación basada en sus datos para una placa caliente volteada con su cara hacia abajo es

jueves, 5 de marzo de 2015

Placa horizontal fría con cara hacia arriba

Los cálculos para la transferencia de calor del aire a un trozo de helado requiere el uso de la ecuación (9-24). Se debe utilizar la ecuación (9-24) para determinar el número de Nusselt para placas horizontales frías que dan la cara hacia arriba.

miércoles, 4 de marzo de 2015

Placa horizontal fría con cara hacia abajo

El techo de un cuarto situado bajo el desván en un día frío, y el cual se calienta mediante aire en el cuarto, pertenece a esta clase de problemas. Se usarán las ecuaciones (9-23) y (9-23a) para determinar el número de Nusselt.

martes, 3 de marzo de 2015

Placa horizontal caliente con cara hacia abajo

Las correlaciones que se darán en seguida las recomienda McAdams (referencia 6). La longitud caraceterística es la descrita en el párrafo anterior a la ecuación (9-22)



lunes, 2 de marzo de 2015

Placa horizontal caliente con cara hacia arriba (II)

Al-Arabi y el El-Riedy (referencia 38) condujeron experimentos con convección natural de placas cuadradas, circulares y rectangulares con sus caras hacia arriba. Ambos investigadores usaron el lado de la placa cuadrada, y el diámetro de la placa circular y el lado corto de la placa rectangular, como longitud característica, Lc. La siguiente correlación, que ellos recomendaron, satisface sus datos experimentales dentro de un rango de 14% de certeza.

Es de notar que, para una placa cuadrada, la ecuación (6-23b) predice un valor de h que se encuentra en un 9% aproximadamente, por debajo del que se predice en la ecuación (9-23).

El uso de correlaciones dadas por McAdams (referencia 6) da por resultado valores del número de Nusselt ligeramente menos que los que se obtienen según las ecuaciones (9-23).

domingo, 1 de marzo de 2015

Placa horizontal caliente con cara hacia arriba (I)

Una placa caliente, con energía de calentamiento encendida, pertenece a este grupo. Las correlaciones para esta clase de problemas deben a Lloyd y Moran. Las correlaciones se basan en su reciente trabajo experimental empleando ténicas electromecánicas y se dan en seguida.

La longitud característica que se utiliza en Ra en las ecuaciones anteriores se define según la ecuación (9-22)