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Taller # 8 - Introducción a la convección

LEER SOBRE LA CONVECCIÓN DE FLUIDOS

La transferencia de calor por convección se produce siempre que haya un fluido junto a una superficie con una diferencia de temperatura. Tu muñeca es un buen ejemplo. Hay movimiento de aire debido a la flotabilidad incluso en una habitación sin movimiento de aire general aparente. En realidad, siempre hay algún movimiento de aire: si se abre una puerta, si una persona se mueve, si se activa una pieza electrónica. Todos estos causan un movimiento de aire inestable y aparentemente aleatorio y una convección de la superficie. Aunque este flujo de calor puede no ser muy grande, aún se puede medir con los sensores de flujo de calor en los kits del curso.


El efecto del movimiento del fluido sobre la convección se incorpora en un coeficiente h que se utiliza para correlacionar el flujo de calor con la diferencia de temperatura entre la superficie T s y el fluido T fluido . Por ejemplo

 

 


Este coeficiente de transferencia de calor por convección no está dimensionalizado en el número de Nusselt por una longitud característica L c y la conductividad térmica del fluido k

 

 


La longitud característica es la misma que se utiliza en el número de Reynolds.

 

 


donde la velocidad del fluido es V y la viscosidad cinemática del fluido es ν . Las correlaciones para el número de Nusselt a menudo se dan en términos del número de Reynolds del flujo. Debido a tales correlaciones, las mediciones de transferencia de calor a veces se utilizan como método para inferir la velocidad del fluido. Esto se demostrará en el taller actual.



Su primer desafío es medir los coeficientes de convección de calor utilizando el sistema de sensor de flujo de calor. Pegue el sensor de flujo de calor con cinta adhesiva al interior de su muñeca para medir la temperatura de la superficie y el flujo de calor. Mantenga el segundo termopar en la habitación para registrar la temperatura del aire. Toma aproximadamente 20 segundos de datos en cada una de las tres condiciones (todos pueden grabarse en el mismo archivo). Primero, gire la muñeca con el sensor hacia arriba y sin moverse, luego gire la muñeca para que el sensor mire hacia abajo sin moverse, luego mueva el brazo en un círculo para dar movimiento en relación con el aire. ¿Cuál es el flujo de calor máximo que puede lograr moviendo el brazo?


Calcule los coeficientes de transferencia de calor y los números de Nusselt correspondientes para cada condición. Desprecie los efectos de la radiación. Utilice el diámetro de su muñeca como longitud característica, L C = d =             para Re y Nu, asumiendo que su brazo es un cilindro. Desprecie los efectos de la radiación. Registre sus valores promedio para las tres condiciones en la siguiente tabla y calcule el coeficiente de transferencia de calor correspondiente y el número de Nusselt.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


La correlación de transferencia de calor para el flujo de aire sobre un cilindro en el punto de estancamiento es

 

 


Utilice esta correlación para estimar la velocidad máxima que logró moviendo su brazo desde su número de Nusselt medido.


       Propiedades del aire:                                     Diagramas, ecuaciones y cálculos:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


    1. Re =

 


    2. ¿Cuál fue su velocidad máxima, V =

 


    3. ¿Cuál de las tres orientaciones del sensor de su muñeca esperaría que produzca el mayor flujo de calor? ¿Por qué?

 

 


    4. ¿Qué orientación esperaría que produzca el flujo de calor más bajo?
      

      Basado en flotabilidad, ¿por qué?

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Taller # 8 - Resultados de la convección
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