{"id":4582,"date":"2022-01-14T20:00:38","date_gmt":"2022-01-14T20:00:38","guid":{"rendered":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/?p=4582"},"modified":"2022-02-08T18:59:03","modified_gmt":"2022-02-08T18:59:03","slug":"clase-digital-6-conveccion-forzada-flujo-externo","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/clase-digital-6-conveccion-forzada-flujo-externo\/","title":{"rendered":"Clase digital 6. Convecci\u00f3n forzada. Flujo externo"},"content":{"rendered":"\n\n\n<div class=\"wp-block-cover\" style=\"min-height:284px;aspect-ratio:unset;\"><span aria-hidden=\"true\" class=\"has-background-dim-40 wp-block-cover__gradient-background has-background-dim\"><\/span><img decoding=\"async\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-4584\" alt=\"\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095.jpg\" style=\"object-position:51% 64%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"51% 64%\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1280\" height=\"675\" class=\"wp-block-cover__image-background wp-image-4584\" alt=\"\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095.jpg\" style=\"object-position:51% 64%\" data-object-fit=\"cover\" data-object-position=\"51% 64%\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095.jpg 1280w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095-300x158.jpg 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095-1024x540.jpg 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1363095-768x405.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 1280px) 100vw, 1280px\" \/><\/noscript><div class=\"wp-block-cover__inner-container is-layout-flow wp-block-cover-is-layout-flow\">\n<p class=\"has-text-align-center has-base-3-color has-text-color has-large-font-size wp-block-paragraph\">Convecci\u00f3n forzada. Flujo externo<\/p>\n<\/div><\/div>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"introduccion\">Introducci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Bienvenido de nuevo a tu curso Transferencia de calor, en esta clase nos enfocaremos en mostrar los conceptos b\u00e1sicos referentes al<strong> mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n, poniendo \u00e9nfasis en la convecci\u00f3n forzada<\/strong>. Se estudiar\u00e1 la <em>transferencia de calor por convecci\u00f3n<\/em> a partir de un an\u00e1lisis anal\u00edtico para una placa plana con fluidos en r\u00e9gimen laminar. Adem\u00e1s, ahondaremos en los conceptos claves de dos n\u00fameros adimensionales requeridos para determinar la transferencia de calor bajo este mecanismo, el <strong>n\u00famero de Reynolds y el n\u00famero de Prandtl<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Se continuar\u00e1 con la introducci\u00f3n del concepto de correlaci\u00f3n y su relaci\u00f3n con la transferencia de calor local y la transferencia de calor global para este tipo de mecanismos. Finalmente, se precisar\u00e1 la manera en que se determina la transferencia de calor dentro de un banco de tubos, un sistema ampliamente usado en la industria para diferentes objetivos.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"desarrollo-del-tema\">Desarrollo del tema<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Arranquemos esta clase con una idea: tenemos hambre y queremos unos tacos de guiso, si el guiso ya est\u00e1 listo solo nos queda calentar las tortillas en el comal, como se nos ha ense\u00f1ado. Procedemos a calentarlas y al momento de retirarlas nos quemamos. Intuitivamente soplamos o agitamos la mano para aventarle aire y con ello disminuir su temperatura, pero \u00bfpor qu\u00e9 lo hacemos? \u00bfqu\u00e9 magia hay detr\u00e1s de esa acci\u00f3n? pues no es magia sino <strong>el mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n<\/strong>.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1596208-768x1024.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4585\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"768\" height=\"1024\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1596208-768x1024.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4585\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1596208-768x1024.jpg 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1596208-225x300.jpg 225w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1596208.jpg 960w\" sizes=\"auto, (max-width: 768px) 100vw, 768px\" \/><\/noscript><figcaption>Imagen 1. Tortillas calientes y el mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n.<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Como se mencion\u00f3 en la primer clase, este mecanismo se basa en que un fluido (l\u00edquido o gas) fluya sobre una superficie de un sistema dado, el cual puede ser un s\u00f3lido o l\u00edquido estacionario. En t\u00e9rminos m\u00e1s profundos, las mol\u00e9culas del fluido que entran en contacto con la superficie del sistema toman o depositan calor a medida que se mueven a lo largo del mismo, siendo esta capacidad de tomar o entregar calor dependiente de varios factores como la geometr\u00eda del sistema, la velocidad del fluido, sus propiedades t\u00e9rmicas, el acabado de la superficie, etc\u00e9tera, sin olvidar la diferencia de temperaturas presente entre la superficie del sistema y la temperatura del fluido.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">A excepci\u00f3n de la diferencia de temperaturas mencionada anteriormente, todos los factores presentes en el mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n se encuentran embebidos en un par\u00e1metro denominado coeficiente convectivo de transferencia de calor, h. Este, adem\u00e1s de tener una dependencia de los par\u00e1metros mencionados anteriormente, tambi\u00e9n posee una dependencia respecto al tipo de convecci\u00f3n. Aclaremos lo dicho con un ejemplo, a la tortilla caliente que enfriamos soplando aire sobre ella \u00bfla podr\u00edamos enfriar con agua? La respuesta es s\u00ed aunque no lo hacemos por dos razones, primeramente porque se humedece y ya no podr\u00edamos hacer un taco, y la segunda porque se nos enfriar\u00e1 m\u00e1s de lo deseado. \u00bfCu\u00e1l es la raz\u00f3n de que se nos enfr\u00ede de m\u00e1s? se debe a que el coeficiente convectivo del agua es mucho mayor que el del aire. Esto nos demuestra que el coeficiente convectivo est\u00e1 ligado \u00edntimamente al tipo de convecci\u00f3n. La Tabla 1 muestra los valores aceptados para los diferentes tipos de convecci\u00f3n.<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-image size-large\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq-1024x555.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4586\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"1024\" height=\"555\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq-1024x555.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4586\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq-1024x555.png 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq-300x163.png 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq-768x416.png 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/NVEoyp6b8WiSMrHC_veraNDrErEYGhukq.png 1510w\" sizes=\"auto, (max-width: 1024px) 100vw, 1024px\" \/><\/noscript><figcaption>Tabla 1. Coeficientes convectivos por tipo de convecci\u00f3n. Fuente: (\u00c7engel, 2007).<\/figcaption><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Si analizamos un poco la informaci\u00f3n mostrada en la Tabla 1, podemos distinguir que existen tres tipos de convecci\u00f3n: convecci\u00f3n libre (abordada en la clase 8), convecci\u00f3n forzada (clase 6 y 7), y ebullici\u00f3n y condensaci\u00f3n (clase 9). En esta clase nos enfocaremos solamente en la convecci\u00f3n forzada.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En t\u00e9rminos claros, la <strong>convecci\u00f3n forzada<\/strong> se da cuando el fluido involucrado en el proceso es movido gracias a medios externos, como una mano al momento de agitarla para enviar aire a la tortilla o un ventilador en un equipo de c\u00f3mputo.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Se dijo anteriormente que el coeficiente convectivo depende de la velocidad del fluido, sus propiedades y la geometr\u00eda del sistema, por lo tanto el par\u00e1metro precisa de la conjugaci\u00f3n de muchos factores, lo que complica la forma de analizar un sistema de este tipo, pero \u00bfqu\u00e9 se puede hacer? Afortunadamente, un ingeniero alem\u00e1n propuso una soluci\u00f3n en base a par\u00e1metros adimensionales, la cual denomin\u00f3 n\u00famero de Nusselt. Este relaciona la capacidad del fluido para transferir calor (coeficiente convectivo de transferencia de calor) entre la capacidad del mismo fluido para conducir calor (conductividad t\u00e9rmica) a lo largo de una longitud caracter\u00edstica; se representa de la siguiente manera:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nu.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4587\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"387\" height=\"144\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nu.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4587\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nu.png 387w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nu-300x112.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 387px) 100vw, 387px\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Adem\u00e1s, Nusselt indic\u00f3 que este par\u00e1metro adimensional se supedita a otros dos par\u00e1metros adimensionales: el <strong>n\u00famero de Reynolds<\/strong> (<em>Re<\/em>), y el <strong>n\u00famero de Prandtl <\/strong>(<em>Pr<\/em>), los cuales describen las caracter\u00edsticas de velocidad y t\u00e9rmicas de un concepto denominado capa l\u00edmite.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-1024x276.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4588\" width=\"842\" height=\"227\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-1024x276.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4588\" width=\"842\" height=\"227\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-1024x276.jpg 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-300x81.jpg 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-768x207.jpg 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh-1536x414.jpg 1536w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/1Qbr3g3KPcSEehPJ_f9Qr_iJxSn78ezZh.jpg 1680w\" sizes=\"auto, (max-width: 842px) 100vw, 842px\" \/><\/noscript><figcaption>Diagrama 1. Comportamiento de la capa l\u00edmite de velocidad. Fuente: (\u00c7engel, 2007).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-large is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-1024x704.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4589\" width=\"682\" height=\"469\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-1024x704.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4589\" width=\"682\" height=\"469\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-1024x704.png 1024w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-300x206.png 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-768x528.png 768w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX-1536x1057.png 1536w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/SYStQsDWZIzQceZX_egRtqQb8HxwJIEnX.png 1564w\" sizes=\"auto, (max-width: 682px) 100vw, 682px\" \/><\/noscript><figcaption>Diagrama 2. Comportamiento de la capa l\u00edmite de t\u00e9rmica. Fuente: (\u00c7engel, 2007).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">La capa l\u00edmite es un concepto te\u00f3rico introducido a principios del siglo pasado el cual se enfoca en el comportamiento que presenta la velocidad de un fluido al moverse sobre una superficie fija, o visceversa. El fluido est\u00e1 conformado por mol\u00e9culas. Cuando el fluido se mueve a trav\u00e9s de una corriente libre (sin obst\u00e1culos), todas las mol\u00e9culas se mueven en la misma direcci\u00f3n a la misma velocidad. Sin embargo, cuando entran en contacto con una superficie fija, las mol\u00e9culas que se encuentran m\u00e1s cerca de la superficie se frenan dr\u00e1sticamente (su velocidad cae a cero) debido a los esfuerzos viscosos presentes en la interfase s\u00f3lido-l\u00edquido. Por otra parte, las mol\u00e9culas m\u00e1s alejadas de la superficie (direcci\u00f3n perpendicular a la direcci\u00f3n del fluido) mantienen la velocidad a la que se mov\u00eda el flujo sin obst\u00e1culos. En el intermedio entre estos dos puntos, las mol\u00e9culas se ven afectadas por el frenado de la primera capa de mol\u00e9culas y la corriente libre del fluido de las mol\u00e9culas m\u00e1s alejadas a la superficie, lo que produce un incremento de la velocidad del fluido en esta direcci\u00f3n. As\u00ed, a medida que se avanza sobre la longitud caracter\u00edstica del sistema (longitud de la placa o superficie), se puede observar la formaci\u00f3n de una frontera delimitada por el fluido que alcance el 99% de la velocidad libre del mismo. Esta frontera es conocida como <strong>Capa l\u00edmite de velocidad<\/strong> la cual define la zona en la que las fuerzas inerciales tienen un mayor impacto que las fuerzas viscosas.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Luego tenemos la capa l\u00edmite t\u00e9rmica que es generada a partir del mismo concepto. El fluido en corriente libre presenta, adem\u00e1s de velocidad, una temperatura dada. Igualmente, la superficie sobre la que act\u00faa el fluido est\u00e1 a una temperatura diferente a la temperatura del fluido. As\u00ed, las mol\u00e9culas cercanas a la superficie presentan una temperatura muy cercana a esta y las mol\u00e9culas m\u00e1s alejadas de la superficie presentan la temperatura del fluido libre. En el intermedio, la temperatura de las mol\u00e9culas var\u00eda de acuerdo a la distancia que mantiene desde la superficie. De esta manera, la capa l\u00edmite t\u00e9rmica est\u00e1 dada como la frontera en la cual la temperatura del fluido alcanza el 99% de su temperatura libre.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Pero, regresando a la definici\u00f3n del n\u00famero de Nusselt, \u00bfqu\u00e9 representan los par\u00e1metros Re y Pr?<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">El <strong>n\u00famero de Reynolds<\/strong> es la relaci\u00f3n que existe entre las fuerzas inerciales y las fuerzas viscosas cuando el fluido se mueve a trav\u00e9s de una longitud caracter\u00edstica.<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Re.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4590\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"335\" height=\"209\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Re.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4590\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Re.png 335w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Re-300x187.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 335px) 100vw, 335px\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Este par\u00e1metro es significativo para definir si el fluido se mueve dentro de un:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>R\u00e9gimen laminar<\/strong>: cuando las fuerzas viscosas tienen una mayor presencia en el fen\u00f3meno que las fuerzas inerciales (para placa plana en flujo externo, el tener un <em>Re &lt; 10<sup>6<\/sup><\/em> es bien aceptado como fluido dentro de este r\u00e9gimen); o en un<\/li><li><strong>R\u00e9gimen turbulento:<\/strong> se da cuando las fuerzas inerciales tienen una mayor predominancia que las fuerzas viscosas. (\u00c7engel, 2007: 366).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Por otra parte, el n\u00famero de Prandtl involucra la relaci\u00f3n que presenta la capa l\u00edmite t\u00e9rmica y la capa l\u00edmite hidrodin\u00e1mica, es decir, si Prandtl <strong><em>Pr<\/em><\/strong>, es igual a 1.0, la cantidad de movimiento como de calor se disipan a trav\u00e9s del fluido a la misma velocidad (\u00c7engel, 2007: 365). Si <strong><em>Pr<\/em><\/strong> es menor que 1.0 (e.g. gases) el calor se disipa de forma m\u00e1s r\u00e1pida que la cantidad de movimiento (e.g. mercurio), y para <strong><em>Pr<\/em><\/strong> mayor que 1.0 el calor se disipa m\u00e1s lento (e.g. aceites pesados). Este par\u00e1metro se determina como:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/PR.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4591\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"275\" height=\"142\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/PR.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4591\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Como se mencion\u00f3 al inicio, solamente nos enfocaremos en convecci\u00f3n forzada. Para continuar con ello es necesario distinguir su clasificaci\u00f3n:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><strong>Convecci\u00f3n forzada en flujo externo:<\/strong> se da cuando el fluido no est\u00e1 restringido por el sistema, esto es, el fluido puede moverse o expandirse con libertad. El ejemplo m\u00e1s com\u00fan es aire pasando alrededor de un avi\u00f3n.<\/li><li><strong>Convecci\u00f3n forzada en flujo interno: <\/strong>se da cuando el fluido est\u00e1 restringido por el sistema, o sea que su movimiento est\u00e1 limitado por las fronteras de este. El ejemplo m\u00e1s com\u00fan es el movimiento del agua por dentro de una tuber\u00eda.<\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">En esta clase nos centraremos \u00fanicamente en convecci\u00f3n forzada en flujo externo. El caso m\u00e1s simple para an\u00e1lisis es una placa plana horizontal, similar a el Diagrama 1; en este el fluido se mueve sobre la superficie de la placa generando las capas l\u00edmites mencionadas con anterioridad. El par\u00e1metro a considerar es el coeficiente convectivo de transferencia de calor, que se puede obtener a partir del n\u00famero de Nusselt. Entonces, para el caso espec\u00edfico, el n\u00famero adimensional se determinar\u00e1 a partir de un an\u00e1lisis anal\u00edtico, dando como resultado lo siguiente:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nux.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4592\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"627\" height=\"237\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nux.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4592\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nux.png 627w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Nux-300x113.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 627px) 100vw, 627px\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Por favor, te pido dar lectura al siguiente documento:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><a href=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Fundamentos-de-conveccion-paginas-355-a-389.pdf\">Fundamentos de convecci\u00f3n &#8211; p\u00e1ginas 355 a 389<\/a><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Si observas, la deducci\u00f3n de las ecuaciones muestra dos relaciones: el <strong>n\u00famero de Nusselt local Nu<sub>x<\/sub><\/strong>, y el <strong>n\u00famero de Nusselt global N<sub>u<\/sub>.<\/strong> El primero hace referencia a la convecci\u00f3n que se presenta a una posici\u00f3n dada de la longitud de la placa, mientras que el segundo es la integraci\u00f3n de todos los coeficientes locales. As\u00ed, dependiendo del tipo de an\u00e1lisis requerido es el tipo de par\u00e1metro dimensional a ser usado.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Debemos poner de relieve que los n\u00fameros de Nusselt est\u00e1n en funci\u00f3n \u00fanicamente de los n\u00fameros de Reynolds y los n\u00fameros de Prandtl, pues la ecuaci\u00f3n mostrada es aplicable sin importar si el fluido que interact\u00faa con el s\u00f3lido es l\u00edquido o gas; solamente se debe cuidar que la ecuaci\u00f3n est\u00e9 dentro del rango de aplicaci\u00f3n mencionado. Esta ecuaci\u00f3n es conocida como <strong>correlaci\u00f3n para flujo externo en placa plana en r\u00e9gimen laminar para condici\u00f3n de temperatura constante<\/strong>. Como puedes intuir, los sistemas que estudia la transferencia de calor pueden ser una combinaci\u00f3n muy amplia de posibilidades, por ejemplo se puede tener una correlaci\u00f3n para flujo externo en placa plana en r\u00e9gimen turbulento para condici\u00f3n de temperatura constante, por mencionar alguna. Por ello, se tienen una gran cantidad de correlaciones disponibles dependiendo del tipo de sistema que se est\u00e9 analizando. Te invito a consultar los \u201cHandbooks of Heat Transfer\u201d disponibles para que tengas una mejor idea del gran n\u00famero de correaciones que se tienen actualmente.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para avanzar con el estudio del tema te pido realices la siguiente lectura:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><a href=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Conveccion-externa-forzada-paginas-395-a-416.pdf\">Convecci\u00f3n externa forzada &#8211; p\u00e1ginas 395 a 416<\/a><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Como parte del trayecto formativo te pido que visualices el siguiente video:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"Transferencia de calor en placa plana. &quot;SUPERMENTES&quot;\" width=\"1200\" height=\"675\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/SMFNMguQ4Ag?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Otro de los casos m\u00e1s estudiados y de mayor aplicaci\u00f3n en la industria es el an\u00e1lisis de transferencia de calor en banco de tubos (Imagen 2). Un ejemplo sencillo de este tipo de sistemas es un calentador de agua de tipo \u201cpaso\u201d usado com\u00fanmente en los hogares. A la fecha se han propuesto y estudiado dos tipos de arreglos:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Arreglos alineados, en los cuales todos los tubos mantienen la posici\u00f3n sobre la misma fila y columna (Diagrama 3, izquierda); y<\/li><\/ul>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li>Arreglos escalonados, en los cuales todos los tubos se encuentran desfasados en cuanto a la posici\u00f3n sobre la fila y\/o columna (Diagrama 3, derecha).<\/li><\/ul>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/R9GFGB1l8ZfYTJ4b_zSU1nKGA0pfn75HY.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4595\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"982\" height=\"469\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/R9GFGB1l8ZfYTJ4b_zSU1nKGA0pfn75HY.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4595\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/R9GFGB1l8ZfYTJ4b_zSU1nKGA0pfn75HY.jpg 982w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/R9GFGB1l8ZfYTJ4b_zSU1nKGA0pfn75HY-300x143.jpg 300w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/R9GFGB1l8ZfYTJ4b_zSU1nKGA0pfn75HY-768x367.jpg 768w\" sizes=\"auto, (max-width: 982px) 100vw, 982px\" \/><\/noscript><figcaption>Diagrama 3. Arreglo de tubos alineados (izquierda) y escalonados (derecha). Fuente: (\u00c7engel, 2007)<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full is-resized\"><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/JfYBTx9YuOP9Tjx__1KBmrStEFm9EBhsL.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4596\" width=\"617\" height=\"996\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/JfYBTx9YuOP9Tjx__1KBmrStEFm9EBhsL.jpg\" alt=\"\" class=\"wp-image-4596\" width=\"617\" height=\"996\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/JfYBTx9YuOP9Tjx__1KBmrStEFm9EBhsL.jpg 617w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/JfYBTx9YuOP9Tjx__1KBmrStEFm9EBhsL-186x300.jpg 186w\" sizes=\"auto, (max-width: 617px) 100vw, 617px\" \/><\/noscript><figcaption>Imagen 2. Corte transversal de un banco de tubos circulares y el fluido en movimiento a trav\u00e9s del arreglo. Fuente: (\u00c7engel, 2007).<\/figcaption><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Este tipo de an\u00e1lisis es muy similar a los mostrados anteriormente, sin embargo, se tiene una diferencia muy importante ya que, la velocidad del fluido se ve directamente afectada por el hueco entre tubos (disminuci\u00f3n de \u00e1rea) del arreglo. En base a esto, se tiene un par\u00e1metro denominado velocidad m\u00e1xima, el cual depende del tipo de geometr\u00eda.<\/p>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para un <strong>arreglo alineado<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-alineado.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4597\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"365\" height=\"147\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-alineado.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4597\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-alineado.png 365w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-alineado-300x121.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 365px) 100vw, 365px\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para un <strong>arreglo escalonado<\/strong>:<\/p>\n\n\n\n<div class=\"wp-block-image\"><figure class=\"aligncenter size-full\"><img decoding=\"async\" src=\"data:image\/gif;base64,R0lGODlhAQABAIAAAAAAAP\/\/\/yH5BAEAAAAALAAAAAABAAEAAAIBRAA7\" data-src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-escalonado.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4598\" \/><noscript><img loading=\"lazy\" decoding=\"async\" width=\"471\" height=\"148\" src=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-escalonado.png\" alt=\"\" class=\"wp-image-4598\" srcset=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-escalonado.png 471w, https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Arreglo-escalonado-300x94.png 300w\" sizes=\"auto, (max-width: 471px) 100vw, 471px\" \/><\/noscript><\/figure><\/div>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Por favor, te pido dar lectura al siguiente documento:<\/p>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><a href=\"https:\/\/blogs.ugto.mx\/rea\/wp-content\/uploads\/sites\/71\/2022\/01\/Flujo-a-traves-de-bancos-de-tubos-paginas-417-434.pdf\">Flujo a trav\u00e9s de bancos de tubos &#8211; p\u00e1ginas 417 &#8211; 434<\/a><\/li><\/ul>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para finalizar este tema, te pido visualices los siguientes videos:<\/p>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-4-3 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"INTERCAMBIADOR DE CALOR - BANCO DE TUBOS CRUZADOS\" width=\"1200\" height=\"900\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/1UYzyncL4qw?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<figure class=\"wp-block-embed is-type-video is-provider-youtube wp-block-embed-youtube wp-embed-aspect-16-9 wp-has-aspect-ratio\"><div class=\"wp-block-embed__wrapper\">\n<iframe loading=\"lazy\" title=\"P5: transferencia de calor en flujos transversales (banco de tubos)\" width=\"1200\" height=\"675\" src=\"https:\/\/www.youtube.com\/embed\/aOx3ZLdiIGE?feature=oembed\" frameborder=\"0\" allow=\"accelerometer; autoplay; clipboard-write; encrypted-media; gyroscope; picture-in-picture\" allowfullscreen><\/iframe>\n<\/div><\/figure>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"conclusion\">Conclusi\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<p class=\"wp-block-paragraph\">Para resumir la clase, el mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n forzada en flujo externo est\u00e1 determinado por el coeficiente convectivo de transferencia de calor, el cual se da a partir de correlaciones del n\u00famero de Nusselt, siendo a su vez este determinado a partir de los n\u00fameros de Reynolds y de Prandtl. Dependiendo del tipo de geometr\u00eda y el r\u00e9gimen al cual est\u00e1 operando el fluido, ser\u00e1 la correlaci\u00f3n a ser usada. Este an\u00e1lisis es aplicable a un sistema de banco de tubos, con la necesidad de definir la velocidad m\u00e1xima del fluido dentro del arreglo en funci\u00f3n del tipo de arreglo que el sistema presenta.<\/p>\n\n\n\n<h2 class=\"wp-block-heading\" id=\"fuentes-de-informacion\">Fuentes de informaci\u00f3n<\/h2>\n\n\n\n<ul class=\"wp-block-list\"><li><a href=\"https:\/\/www.myenglishpages.com\/english\/vocabulary-lesson-celebrations.php\" target=\"_blank\" rel=\"noreferrer noopener nofollow\">My English Pages (SF) Celebrations around the world.<\/a><\/li><\/ul>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>Introducci\u00f3n Bienvenido de nuevo a tu curso Transferencia de calor, en esta clase nos enfocaremos en mostrar los conceptos b\u00e1sicos referentes al mecanismo de transferencia de calor por convecci\u00f3n, poniendo \u00e9nfasis en la convecci\u00f3n forzada. 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