Clase 22: Convección natural

Clase N°17
Objetivos:
– Identificar el fenómeno de convección natural
y diferenciarlo de la convección forzada.
– Utilizar correlaciones para resolver problemas
de convección natural en placas, cilindros y
esferas.
Convección Natural
 Transporte convectivo generado por corrientes de fluido
originadas por gradientes de densidad.
 El gradiente de densidad puede ser causado por diferencias
de temperatura (o concentración) y el movimiento por el
campo gravitacional.
 Las velocidades generadas son mucho menores que las de
convección forzada, por lo cual los coeficientes de
transferencia también son menores.
 Dado lo anterior, la convección natural es muy importante,
pues puede ser el paso limitante en un sistema de
transporte multi-modos.
Correlaciones para Placas Verticales
Churchill & Chu (1975):

0.387  Ra L6

Nu L  0.825 
9
16



1

0
.
492
Pr

1




8
27


2

(Ra = Gr·Pr = número de Rayleigh < 1012; L: Altura placa; Temp. pared
uniforme; Propiedades evaluadas a Tfilm o Tf )
Churchill & Chu (1975) para Ra  109 (levemente más precisa):
0.670  Ra L4
1
Nu L  0.68 
1  0.492 Pr  
9
4
16
9
(Ra = Gr·Pr = número de Rayleigh  109; L: Altura placa; Temp. pared
uniforme; Propiedades evaluadas a Tf )
Correlaciones para Placas Horizontales
Cara caliente mirando hacia arriba
Cara fría mirando hacia abajo
N u L  0.54  Ra L4
(10 4  Ra L  10 7 )
N u L  0.15  Ra L3
(10 7  Ra L  1011 )
1
1
Área
L = Perímetro
Cara fría mirando hacia arriba Cara caliente mirando hacia abajo
Nu L  0.27  Ra L
1
4
(10  Ra L  10 )
5
(o)
10
Correlaciones para Cilindros
Churchill & Chu:


(cilindros
Nu D  0.6 
horizontales)


2
0.387  Ra D6
1

12
;
Ra

10

8
D
27

1  0.559 Pr  
9
16
Correlaciones para Esferas
Churchill:
0.589  Ra D4
1
Nu D  2 
1  0.469 Pr  
9
4
16
9
Pr  0.7
RaD  1011