5.2.2. 5.2.2. Conv Convecc ección ión natur natural al en: en: placa placa plana plana verti vertica cal, l, tubos tubos verti vertica cales les,, placa placas s inclinadas, placa horizontal, cilindro horizontal y esferas.
5.2.3 Convección Natural en Espacios Cerrados Una parte considerable de la prdida de calor de una residencia t!pica ocurre a travs de las ventanas. "i pudira#os, aislar!a#os las ventanas para conservar ener$!a. El proble#a es hallar un #aterial aislante %ue sea transparente. &or lo tanto, tiene sentido aislar las ventanas con una capa de aire. &or supuesto, necesita#os usar otra l'#ina de vidrio para atrapar el aire. El resultado es un recinto cerrado, el cual se conoce co#o ventana de hoja doble. (tros e)e#plos de recintos cerrados incluyen las cavidades en las paredes, los colectores solares y las c'#aras crio$nicas %ue contienen cilindros o esferas concntricos. *a transferencia de calor en los espacios encerrados se co#plica por el hecho de %ue, en $eneral, el fluido en el recinto cerrado no per#anece estacionario. En un recinto cerrado vertical el fluido adyacente a la superficie #'s caliente sube y el adyacente a la #'s fr!a ba)a, estableciendo un #ovi#iento de rotación dentro del recinto %ue #e)ora la transferencia de calor a travs de l. En las fi$uras +2- y +22 se #uestran patrones t!picos de flu)o en recintos cerrados rectan$ulares verticales y horizontales. *as caracter!sticas de la transferencia de calor a travs de un recinto cerrado horizontal dependen de si la placa #'s caliente est' en la parte de arriba o en la de aba)o, co#o se #uestra en la fi$ura +22. Cuando la placa #'s caliente est' en la parte de arriba, no se desarrollan corrientes de convección en el recinto, ya %ue el fluido #'s li$ero sie#pre est' arriba del #'s pesado. En este caso la transferencia de calor es por conducción pura y tendre#os Nu -. Cuando la placa #'s caliente est' en la parte de aba)o, el fluido #'s pesado est' arriba del #'s li$ero y se tiene una tendencia de ste de derribar a a%ul y subir hasta la parte superior, en donde entra en contacto con la placa #'s fr!a y se enfriar'. "in e#bar$o, hasta %ue sucede, la transferencia de calor todav!a es por conducción pura y Nu -. Cuando /a 0 -1, la fuerza de e#pu)e vence la resistencia del fluido e inicia las corrientes de convección natural, las cuales se observa %ue tienen la for#a de celdas he4a$onales lla#adas celdas de nard. &ara /a 0 3 4 -5, las celdas se ro#pen y el #ovi#iento del fluido se vuelve turbulento. El n6#ero de /aylei$h para un recinto cerrado se deter#ina a partir de
en donde la lon$itud caracter!stica *c es la distancia entre las superficies caliente y fr!a, y 7- y 72 son sus te#peraturas, respectiva#ente. 7odas las propiedades del fluido deben evaluarse a la te#peratura pro#edio del #is#
Recintos cerrados rectangulares horizontales No necesita#os relaciones del n6#ero de Nusselt para el caso en donde la placa #'s caliente se encuentra en la parte de arriba, ya %ue en este caso no se tendr'n corrientes de convección y la transferencia de calor ser' hacia aba)o por conducción 8Nu -9. "in e#bar$o, cuando la placa #'s caliente est' en la parte de aba)o, se establecen corrientes si$nificativas de convección para /a* 0 - 1 y se incre#enta la razón de la transferencia de calor 8fi$ura +29. &ara los recintos cerrados horizontales %ue contienen aire, ;a
Estas relaciones ta#bin se pueden usar para otros $ases con .5 = &r = 2. Usando a$ua, aceite de silicona y #ercurio en sus e4peri#entos, >lobe y ?rop
asados en e4peri#entos con aire, @ollands y otros 8-+1A9 reco#iendan esta correlación para los recintos cerrados horizontales,
*a notación B D indica %ue si la cantidad entre corchetes es ne$ativa, debe i$ualarse a cero. Esta e4presión ta#bin correlaciona bien los datos para l!%uidos con n6#eros #oderados de &randtl, para /a* -5 y, por consi$uiente, ta#bin se puede usar para el a$ua.
Recintos cerrados rectangulares inclinados
*os espacios de aire entre dos placas paralelas inclinadas se encuentran por lo co#6n en los colectores solares de placa plana 8entre la cubierta de vidrio y la placa de absorción9 y en los tra$aluces de ho)a doble en los techos inclinados. *a transferencia de calor a travs de un espacio cerrado inclinado depende de la proporción di#ensional, @*, as! co#o del 'n$ulo de inclinación u con respecto a la horizontal 8fi$ura +259. &ara proporciones di#ensionales $randes 8@* 0 -29, esta ecuación B@ollands y otros, -+1A correlaciona e4tre#ada#ente bien los datos e4peri#entales para 'n$ulos de inclinación hasta de 1F.
5.2.. Convección #i4ta
