Análisis de ingeniería a un sistema de calefacción mediante aceite ...

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problemas de transferencia de calor por convección en ingeniería tiene un gran
contraste con la solución más exacta que se obtiene para los problemas de conducción
de calor.
Por la estrecha relación que existe entre el tipo de flujo y la cantidad de
transferencia térmica por convección de calor, a continuación se desarrollara una
explicación del comportamiento de un flujo al interior de tuberías.
3.4 Flujo Laminar y Flujo Turbulento
El efecto de la velocidad del fluido sobre una superficie y también la textura de
esa superficie son aspectos de vital importancia en la convección de calor.
Para velocidades bajas sobre una superficie lisa, el flujo es normalmente laminar,
lo que produce que cualquier partícula de fluido viajará en forma paralela a esa
superficie y a una rapidez proporcional a la distancia desde esta. Las partículas de
fluido en contacto con la superficie estarán casi estáticas porque se adherirán a esta,
por efecto de la rugosidad que presenta la superficie, desde el punto inicial y hasta el
punto de velocidad máxima se establecerá una pendiente de velocidad, que junto con la
viscosidad del fluido generan una capa de fluido conocida como capa límite. Al inicio de
la capa límite se le denomina capa límite laminar porque las partículas del fluido se
mueven en capas lisas. Sin embargo, a velocidades más altas y con superficies más
ásperas, este equilibrio del flujo se perturbará y se producirá una condición de flujo
turbulento, como se muestra en la figura 3.8 (a). El comportamiento del fluido variara
de un flujo laminar a un flujo turbulento al aumentar la velocidad a la que se desplaza y
se genera una capa límite turbulenta en donde las partículas del fluido se mueven en
trayectorias aleatorias. Cuando la capa límite se ha puesto turbulenta, una muy
delgada capa sigue con movimiento laminar sobre la superficie. Esta se conoce como
subcapa laminar. La relación que se establece entre la capa límite del fluido y la
transferencia de calor que puede aportar un fluido es directamente proporcional. Esto
significa que la pendiente de la temperatura será proporcional a la pendiente de la
velocidad que tiene el fluido, produciéndose por lo tanto, una mayor diferencia de
temperatura entre la película de fluido en contacto con la pared del tubo y el flujo en el
centro del tubo para el caso de un flujo laminar. Trabajando en estas condiciones el
aceite sufrirá rápidamente un deterioro por efecto de estar sometido a una temperatura
de pared mayor que para el cual fue diseñado. El uso de un flujo turbulento nos
asegura la trayectoria aleatoria de las partículas a lo largo de la tubería, lo que quiere
demostrar que todas las partículas estarán sometidas a la misma temperatura, y
reduciendo al máximo la subcapa laminar, este es un punto de diseño que influirá en
desgaste del aceite.