3. Free convection

3. Free convection

1. ¿Que es la convección natural ?

   • Convección
     • Convección forzada
       • En la presencia de un gradiente de temperatura, se producirá una transferencia de calor por convección forzada. . Por ejemplo, el movimiento del fluido puede ser inducido por un ventilador o una bomba.

2. Se origina cuando una fuerza corporal actúa sobre un fluido en el que hay unos gradientes de densidad. El efecto neto es una fuerza de flotación que induce corrientes de convección libres.

3. Como las velocidades de flujo de convección libre son generalmente mucho más pequeñas que las asociadas con convección forzada, las tasas de transferencia de convección correspondientes también son menor

   • La convección libre proporciona la mayor resistencia a la transferencia de calor y por lo tanto, juega un papel importante en el diseño o rendimiento del sistema, por lo que no se debe atribuir menor importancia en los procesos.

4. La convección libre es importante en el establecimiento de distribuciones de temperatura dentro de los edificios y en la determinación de pérdidas de calor o cargas de calor para sistemas de calefacción, ventilación y aire acondicionado.

5. Condiciones fisicas

   • En el movimiento de fluido de convección libre se debe a las fuerzas de flotación dentro del fluido, . La flotabilidad se debe a la presencia combinada de un gradiente de densidad de fluido y una fuerza corporal
     • Hay varias formas en que un gradiente de densidad masiva puede surgir en un fluido, pero para la situación más común es debido a la presencia de un gradiente de temperatura.
     • En este texto nos enfocamos en los flujos de convección libres limitados por una superficie, y una el ejemplo clásico se refiere al desarrollo de la capa límite en una placa vertical calentada (Figura 9.3).

6. Ecuaciones de gobierno

   • coeficiente de expansión térmica volumétrica
     • Utilizando las condiciones adecuadas y agragrando el termino de conveccion libre a la ecuacion , ademas implementando el coeficiente de expansion termica se logra llegar a las ecuaciones de gobierno
     • Esta propiedad termodinámica del fluido proporciona una medida de la cantidad que la densidad cambia en respuesta a un cambio de temperatura a presión constante
       • Boussinesq approximation
       • se deduce de esta manera , para llegar a la aproximacion buscada
   • Se comienza con esta ecuación que se utiliza en convección forzada

7. El número de Grashof (Gr) juega en la convección libre o natural el mismo papel del número de Reynolds (Re) en convección forzada.

   • La transición entre régimen laminar y turbulento depende de la magnitud de las fuerzas de empuje y viscosas y está marcada por un valor del número de Rayleigh (Ra = Gr·Pr)
     • Para solucionar problemas de conveccion natural es complejo y se realiza por medio de correlaciones empiricas , ademas se tiene encuenta la forma de la supercifie y segun cada uno se tiene correlaciones diferentes
       • Correlaciones empiricas de conveccion natural en flujo externo
         • para flujo laminar n=1/4 y para flujo turbulento n=1/3
         • Los valores de la contante c y n depende de la configuracion geometrica de la superficie y del regimen del flujo . El valor de n suele ser para flujo laminar y para el turbulento

8. Convección natural sobre superficies

   • La transferecnia de calor por conveccion natural sobre superficies depende de la configuracion geometrica y de su orientacion
     • Para mirar las correlaciones empiricas de cada superficie y configuracion , se busca un summary convection 
     • Placas verticales e inclinadas
     • Placas horizontales
     • Cilindros
     • Convección natural en recipientes cerrados
       • Las correlaciones varian segun la forma geometrica del recipiente

9. Cuando la conveccion natural es despreciable y cuando se encuentra combinada con la conveccion forzada

   • La convección natural es despreciable cuando Gr/ Re2 < 0,1
   • La convección forzada es despreciable cuando Gr/ Re2 > 10
   • Ninguna de las dos es despreciable cuando 0,1 <Gr/ Re2 < 10

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