EDUARDO MUÑOZ

~ 1 ~

CONVECCIÓN FORZADA EN PLACAS PLANAS

EXTERIOR

PLACA PLANA

Número de Reynolds

Se define el número de Reynolds para placa plana como:

ℝe𝑥 =𝑣∞ ∙ 𝑥

𝜐=

𝜌 ∙ 𝑣∞ ∙ 𝑥

𝜇

Fuerzas de inercia

Fuerzas viscosas

Propiedades Externas al Fluido

𝑣∞: Velocidad principal de la corriente libre de la masa de fluido, ft/s.

Propiedades Internas al Fluido

𝜌: Densidad del fluido, lbm/ft3.

𝜐: Viscosidad dinámica del fluido, ft2/s.

𝜇: Viscosidad cinemática del fluido, lbm /ft · hr.

Propiedades de la placa

𝑥: Largo de la placa.

CLASIFICACIÓN SEGÚN RÉGIMENES DE FLUJO

LAMINAR

Se considerará un régimen laminar de flujo, siempre y cuando exista una condición de número de

Reynolds tales como:

ℝe𝑥 ≤ 5 × 105

Definiremos una longitud crítica 𝑥𝑐∗ como:

𝑥𝑐∗ = 5 × 105

𝜐

𝑣∞, ft

Por lo tanto, para satisfacer la condición de una placa, que se encuentre bajo un régimen de flujo

paralelo, bastará conocer el largo de la placa 𝐿 y deberá cumplirse 𝐿 ≤ 𝑥𝑐∗ , para que el flujo sobre

la placa sea laminar.

EDUARDO MUÑOZ

~ 2 ~

CAPA LÍMITE DE LA VELOCIDAD

El concepto de capa límite de la velocidad (o capa límite

hidrodinámica) define la zona donde los esfuerzos viscosos

influyen sobre el perfil de velocidades –hasta que alcance

el 99% de la velocidad principal de la corriente de fluido–,

por tanto, presenta una variación a lo largo del eje y, como

se muestra en la figura. La altura (o espesor) que alcanza la

capa límite, en función de la longitud de placa x, se calcula

mediante la ecuación de Blasius (1908):

𝛿𝐻,𝑥 =4,96 ∙ 𝑥

√ℝe𝑥

, ft

Número de Prandtl

Se define el número de Prandtl como:

ℙr =𝜐

𝛼

Difusividad viscosa

Difusividad térmica

CAPA LÍMITE TÉRMICA

𝛿𝑇,𝑥 =4,96 ∙ 𝑥

ℙr1

3⁄ ∙ √ℝe𝑥

=𝛿𝐻,𝑥

ℙr1

3⁄, ft

Número de Nusselt

Se define el número de Nusselt para placa plana como:

ℕu𝑥 =ℎ𝑥 ∙ 𝑥

𝐾 Convección

Conducción

Número de Stanton

Se define el número de Stanton como:

𝕊t𝑥 =ℕu𝑥

ℝe𝑥ℙr=

ℕu𝑥

ℙe𝑥

Transferencia de calor

Transferencia de momentum

Capa límite de la velocidad

𝑣(𝑦) = 0,99 𝑣∞

Perfil de velocidades

y

x x

L

𝛿𝐻

EDUARDO MUÑOZ

~ 3 ~

COEFICIENTE DE ARRASTRE

𝐶𝐷,𝑥 =0,664

√ℝe𝑥

𝐶𝐷,𝑥 = 2𝕊t𝑥ℙr2

3⁄

COEFICIENTE PELICULAR DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

COEFICIENTE PELICULAR LOCAL

ℎ𝑥 = 0,332 (𝐾

𝑥) ∙ ℝe𝑥

12⁄ ∙ ℙr

13⁄ ,

BTU

hr∙ft2∙°F

ℎ𝑥 =𝐶𝐷,𝑥

2∙ 𝜌 ∙ 𝐶𝑃 ∙ 𝑣∞ ∙ ℙr

32⁄ ,

BTU

hr∙ft2∙°F

COEFICIENTE PELICULAR MEDIO

ℏ = 0,664 (𝐾

𝐿) ∙ ℝe𝐿

12⁄ ∙ ℙr

13⁄ ,

BTU

hr∙ft2∙°F

ℏ =1

2(𝐶𝐷

∙ 𝜌 ∙ 𝐶𝑃 ∙ 𝑣∞ ∙ ℙr3

2⁄ ) ,BTU

hr∙ft2∙°F

Estas ecuaciones son válidas para:

ℝe𝑥 ≤ 5 × 105

ℙr ≥ 0,7

𝐿 ≤ 𝑥𝑐∗

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