transferencia-unidad-5.docx

7/26/2019 Transferencia-Unidad-5.docx

http://slidepdf.com/reader/full/transferencia-unidad-5docx 1/19

5.2.2. Convección natural en: placa plana vertical, tubos verticales, placasinclinadas, placa horizontal, cilindro horizontal y esferas.



5.2.3 Convección Natural en Espacios Cerrados

Una parte considerable de la prdida de calor de una residencia t!pica ocurre atravs de las ventanas. "i pudira#os, aislar!a#os las ventanas para conservar ener$!a. El proble#a es hallar un #aterial aislante %ue sea transparente. &or lo

tanto, tiene sentido aislar las ventanas con una capa de aire. &or supuesto,necesita#os usar otra l'#ina de vidrio para atrapar el aire. El resultado es unrecinto cerrado, el cual se conoce co#o ventana de hoja doble. (tros e)e#plos derecintos cerrados incluyen las cavidades en las paredes, los colectores solares ylas c'#aras crio$nicas %ue contienen cilindros o esferas concntricos.

*a transferencia de calor en los espaciosencerrados se co#plica por el hecho de %ue, en$eneral, el fluido en el recinto cerrado noper#anece estacionario. En un recinto cerradovertical el fluido adyacente a la superficie #'scaliente sube y el adyacente a la #'s fr!a ba)a,estableciendo un #ovi#iento de rotación dentro delrecinto %ue #e)ora la transferencia de calor a travsde l. En las fi$uras +2- y +22 se #uestranpatrones t!picos de flu)o en recintos cerradosrectan$ulares verticales y horizontales.*as caracter!sticas de la transferencia de calor a

travs de un recinto cerrado horizontal dependen de si laplaca #'s caliente est' en la parte de arriba o en la deaba)o, co#o se #uestra en la fi$ura +22. Cuando laplaca #'s caliente est' en la parte de arriba, no sedesarrollan corrientes de convección en el recinto, ya%ue el fluido #'s li$ero sie#pre est' arriba del #'spesado. En este caso la transferencia de calor es por conducción pura y tendre#os Nu -.Cuando la placa #'s caliente est' en la parte de aba)o,el fluido #'s pesado est' arriba del #'s li$ero y se tieneuna tendencia de ste de derribar a a%ul y subir hastala parte superior, en donde entra en contacto con laplaca #'s fr!a y se enfriar'. "in e#bar$o, hasta %uesucede, la transferencia de calor todav!a es por conducción pura y Nu -. Cuando /a 0 -1, la fuerza

de e#pu)e vence la resistencia del fluido e inicia las corrientes de convecciónnatural, las cuales se observa %ue tienen la for#a de celdas he4a$onaleslla#adas celdas de nard. &ara /a 0 3 4 -5, las celdas se ro#pen y el#ovi#iento del fluido se vuelve turbulento.El n6#ero de /aylei$h para un recinto cerrado se deter#ina a partir de



en donde la lon$itud caracter!stica *c es la distancia entre las superficies calientey fr!a, y 7- y 72 son sus te#peraturas, respectiva#ente. 7odas las propiedadesdel fluido deben evaluarse a la te#peratura pro#edio del #is#

Recintos cerrados rectangulares horizontalesNo necesita#os relaciones del n6#ero de Nusselt para el caso en donde la placa#'s caliente se encuentra en la parte de arriba, ya %ue en este caso no se tendr'ncorrientes de convección y la transferencia de calor ser' hacia aba)o por conducción 8Nu -9. "in e#bar$o, cuando la placa #'s caliente est' en la partede aba)o, se establecen corrientes si$nificativas de convección para /a* 0 - 1 yse incre#enta la razón de la transferencia de calor 8fi$ura +29.&ara los recintos cerrados horizontales %ue contienen aire, ;a<ob 8-++9reco#ienda las correlaciones sencillas si$uientes

Estas relaciones ta#bin se pueden usar paraotros $ases con .5 = &r = 2.

Usando a$ua, aceite de silicona y #ercurio en

sus e4peri#entos, >lobe y ?rop<in 8-+5+9

obtuvieron esta correlación para recintos

cerrados horizontales calentados desde aba)o,

asados en e4peri#entos con aire, @ollands y otros 8-+1A9 reco#iendan esta

correlación para los recintos cerrados horizontales,



*a notación B D indica %ue si la cantidad entre corchetes es ne$ativa, debe

i$ualarse a cero. Esta e4presión ta#bin correlaciona bien los datos para l!%uidos

con n6#eros #oderados de &randtl, para /a* -5 y, por consi$uiente, ta#bin se

puede usar para el a$ua.

Recintos cerrados rectangulares inclinados

*os espacios de aire entre dos placas paralelas inclinadas se encuentran por lo

co#6n en los colectores solares de placa plana 8entre la cubierta de vidrio y la

placa de absorción9 y en los tra$aluces de ho)a doble en los techos inclinados.

*a transferencia de calor a travs de un espacio cerrado inclinado depende de la

proporción di#ensional, @*, as! co#o del 'n$ulo de inclinación u con respecto a

la horizontal 8fi$ura +259.

&ara proporciones di#ensionales $randes 8@* 0 -29, esta ecuación B@ollands y

otros, -+1A correlaciona e4tre#ada#ente bien los datos e4peri#entales para

'n$ulos de inclinación hasta de 1F.



5.2.. Convección #i4ta

transferencia-unidad-5.docx

Documents