Física

Número de Grashof

Publicado por Monica González

La convección es la designación utilizada para el mecanismo de transferencia de calor por acción de un fluido.

La convección puede ser clasificada como natural o forzada, dependiendo de lo que es que esté en el origen del flujo. En la convección forzada, el fluido es forzado a escurrirse sobre una superficie o en el interior de una tubería, por acción de elementos exteriores como un ventilador o una bomba.

En la convección natural el movimiento observado es provocado por diferencias en las fuerzas gravitatorias (buoyancy effect), que se caracteriza por la ascensión del fluido mas caliente y por el descenso del más frío (diferencias de densidad)

La convección puede también ser clasificada como externa o interna, dependiendo si el flujo ocurre en una superficie o al interior de un canal.

La convección comparte con la conducción el hecho de requerir la presencia de un medio material para que pueda ocurrir, distinguiéndose de esta por el hecho de cómo el medio fluye.

Así es posible decir que la transferencia de calor a través de un medio sólido ocurre por conducción, en tanto que en un medio líquido o gaseoso puede tener lugar por conducción o convección, dependiendo de la presencia de un flujo.

En el caso de la existencia de un flujo tenemos una situación de convección y delante la ausencia de movimiento del fluido tendremos conducción.

Pero a pesar de la complejidad de la convección es posible decir que la tasa de transferencia de calor es proporcional a las diferencias de temperatura, siendo expresada por la conocida ley de Newton del  enfriamiento.

En estudios de convección la semejanza de lo que ocurre en otras áreas, con vista a la reducción del número de variables en análisis es común recurrir a la adimensionalización de las ecuaciones y la combinación de las variables dando origen a los llamados números adimensionales.

Convección Natural

Un fluido frío entra en contacto con una pared a temperatura más elevada

  • Por la diferencia de temperaturas, recibe calor;
  • Al calentarse, el fluido se dilata (aumentando el volumen específico, se vuelve más liviano)
  • Fluido calentado

Relación empírica

Donde:

Gr – número de Grashof, dado por:

donde:

g – aceleración de la gravedad

β – coeficiente de expansión volumétrica

Para gases perfectos:

Pr – Número de Prandtl (**)

C, m – constantes tabuladas

El número de Grashof consiste en un grupo adimensional que representa la relación entre las fuerzas de empuje y las fuerzas viscosas en la convección natural.

GEOMETRÍA Gr * Pr C m
Paredes 104-109 0,59 1/4
Planos verticales 109-1013 0,10 1/3
Planos horizontales      
Flujo ascendente 104– 8* 106 0,56 1/4
Losas 8* 106-1014 0,15 1/3
Flujo descendente 105-1014 0,58 1/5

 

(**)Número de Prandtl (Pr) Es el parámetro que relaciona las espesuras relativas de las capas límite hidrodinámica y térmica.

Capa límite hidrodinámica: y tal que en y, µ= 0,99 µ∞

Es la región de flujo donde actúan las fuerzas viscosas.

Capa límite térmica: Región donde los gradientes de temperatura están presenten en el flujo.

Gradientes de temperatura: Resultan de la transferencia de calor entre fluido y pared.

 

Categorías: Complementos matemáticos, Física del Estado Líquido