External flow

External flow

1. Flujo externo En este capítulo nos enfocamos en el problema de calcular las tasas de transferencia de calor y masa hacia o desde una superficie en flujo externo.

   • ¿Que es un flujo externo?
     • En dicho flujo, las capas límite se desarrollan libremente, sin restricciones impuestas por las superficies adyacentes. En consecuencia, siempre existirá una región del flujo fuera de la capa límite en la que la velocidad, la temperatura y / o los gradientes de concentración son insignificantes

2. Objetivos

   • Nuestro objetivo principal es determinar los coeficientes de convección para diferentes geometrías de flujo. En particular, deseamos obtener formas específicas de las funciones que representan estos coeficientes. Al desdimensionar las ecuaciones de la capa límite en el Capítulo 6, encontramos que los coeficientes de convección locales y promedio pueden correlacionarse mediante ecuaciones
     • El enfoque experimental o empírico implica realizar mediciones de transferencia de calor o masa en condiciones de laboratorio controladas y correlacionar los datos en términos de parámetros adimensionales apropiados
       • La forma en que se puede obtener una correlación de transferencia de calor por convección experimentalmente se ilustra en la Figura 7.1. Si una geometría prescrita, como la placa plana en flujo paralelo, se calienta eléctricamente para mantener Ts > T, la transferencia de calor por convección ocurre desde la superficie hasta el fluido. Sería una cuestión simple medir ambas temperaturas, así como la energía eléctrica, E*I, que es igual a la tasa de transferencia de calor total q. El coeficiente de convección (hL)Average, que es un promedio asociado con toda la placa, podría entonces computarse a partir de la ley de enfriamiento de Newton. Además, a si se conoce la longitud característica L y las propiedades del fluido, los números de el Nusselt, Reynolds y Prandtl se pueden calcular a partir de sus definiciones.
         • Esta misma metodología puede aplicarse a diferente condiciones, podríamos variar la velocidad U y la longitud de la placa L, así como la naturaleza del fluido, usando, por ejemplo, aire, agua y aceite de motor, que tienen números de Prandtl diferentes. Entonces nos quedamos con muchos valores diferentes del número de Nusselt correspondientes a una amplia gama de números de Reynolds y Prandtl, y los resultados podrían trazarse en una escala log-log, como se muestra en la figura Cada símbolo representa un conjunto único de condiciones de prueba.
           • placa plana en flujo paralelo
             • ¿Por que debemos estudiar esto?
               • El flujo en paralelo sobre una placa plana, se ve en muchas aplicaciones en la ingeniería. A continuación se presentan diversos casos de estudio para este sistema y sus posibles variaciones
                 • Los principales parámetros de convección se pueden obtener resolviendo la forma las ecuaciones de la capa límite. Asumiendo
                   • Flujo laminar constante, incompresible con propiedades constantes del fluido y una disipación y reconocimiento viscoso insignificante con estas consideraciones las Ecc de la capa límite se reducen a
                 • Para un flujo laminar se tiene que :
                   • Nùmero de Nutselt
                     • Uno de los mayores problemas, es que estas ecuaciones depende de los rangos en los que se trabaja el numero de Prandtl.
                       • Y ¿Entonces que hacemos?
                         • Se desarrollo una Ecuacion la cual es aplicable a todos los rangos del numero de prandtl
                   • En caso de que el flujo sea turbulento
                   • Pero en la realidad casi siempre se encuentran los dos regìmenes de flujo por lo tanto puede surgir la pregunta ¿y ahora que ?
                 • Aunque las ecuaciones de esta sección son adecuadas para la mayoría de los cálculos de ingeniería, en la práctica raramente proporcionan valores exactos para los coeficientes de convección. Las condiciones varían de acuerdo con la turbulencia del flujo libre y la rugosidad de la superficie, y se pueden incurrir en errores de hasta el 25% al usar las expresiones
                   • Tener en Cuenta que :
                 • A continuación se presenta un ejemplo práctico
                   • Para una placa se puede usar la ley de enfriamiento de Newton así :
                     • Para poder usar una buena correlación, primero se debe determinar el número de Reynolds así :
                       • Con este número de reynolds podemos usar la siguiente correlación :
                         • El coeficiente Global de convección es :
                           • La tasa de enfriamiento por unidad de área es :
         • Casos Especiales.
           • Cilindro en flujo cruzado
             • Otro flujo externo común incluye el movimiento del fluido normal al eje de un cilindro circular
               • Formación de capa límite y separación sobre un cilindro circular en flujo cruzado.
                 • Régimen de flujo
                   • Número de Reynolds para un cilindro
               • Transferencia de calor y masa por convección
                 • • • • Número de Nusselt promedio
                         • Pero y entonces que hacemos con esos parámetros C y m
                           • Se pueden encontrar en la siguiente tabla
                             • • Existe un problema ¿Todos los cilindros son circulares?
                                 • R// NO
                                   • Par otras geometrías se tiene que
                                     • Existieron dos personas llamadas
           • Flujo a través de un banco de tubos
             • ¿Y esto Para que me sirve como ingeniero?
               • Aplicaciones: Generación de vapor en una caldera
               • Aireamiento en el serpentín de un acondicionador de aire.
             • Los tipos de arreglos
               • Alineados y Escalonados.
                 • Caracteriza por :
                   • D: diámetro del tubo ST: separación transversal SL: separación longitudinal.
                     • • Según las posiciones podemos encontrar que
                         • El coeficiente de transferencia para un tubo en la primera línea es aproximadamente igual al de un solo tubo en flujo cruzado.
                         • Los tubos en líneas internas tienen coeficientes de transferencia de calor más altos.
                         • Los tubos de primera línea actúan como una rejilla de turbulencia, que aumenta el coeficiente de transferencia de calor para los tubos de las líneas siguientes.
                         • Las condiciones de transferencia de calor se estabilizan, de modo que más allá de la cuarta o quinta línea los coeficientes cambian poco.
                         • Coeficiente promedio de transferencia de calor para todo el haz de tubos.
                           • • • C y m
           • Packed Beds
             • El flujo de gas a través de un lecho compacto de partículas sólidas es relevante para muchos procesos industriales, que incluyen la transferencia y el almacenamiento de energía térmica, reacciones catalíticas heterogéneas y secado. Para un lecho compacto, se puede obtener una gran cantidad de área de superficie de transferencia de calor o masa en un volumen pequeño, y el flujo irregular que existe en los huecos de la cama mejora el transporte a través de la mezcla turbulenta.
     • Teóricamente : Implica la solución de las ecuaciones de capa límite

3. External Flow

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