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REPASO
RESISTENCIA ELÉCTRICA Y SU INVERSO: LA CONDUCTANCIA
La resistencia eléctrica es el término utilizado para designar la oposición al flujo de electrones cuando se transportan mediante la corriente eléctrica.
En el curso previo de Electricidad y Magnetismo estudié la Ley de Ohm, la establece que la diferencia de potencial aplicada a un conductor eléctrico será directamente proporcional al paso de la corriente eléctrica I multiplicado por la resistencia R.
Además de ésta variable, el repaso del flujo de corriente fue la introducción al estudio del flujo de calor, pues el principio de ambos flujos es equivalente.
LEY DE LA VISCOSIDAD DE NEWTON
Ésta ley recurre a una propiedad específica de cada fluido: la viscosidad dinámica. El término du/dy quiere decir la tasa de velocidad de un flujo en dirección del eje cartesiano y. La variable Tau τ expresa el esfuerzo cortante producido en el fluido.
Utilicé ésta expresión por primera vez al realizar el análisis para un Flujo de Poiselle, pues la empleé como una de las condiciones de frontera para obtener el perfil de velocidades u(y).
VISCOSIDAD CINEMÁTICA
La viscosidad puede ser definido como el coeficiente de difusión de la cantidad de movimiento, pues es el promedio de las interacciones entre las moléculas de un fluido.
Ésta es una propiedad de los fluidos newtonianos (pues son viscosos) y representa la relación / resistencia entre los esfuerzos cortantes aplicados a un fluido y el gradiente de velocidad.
Depende de la temperatura y presión.
COEFICIENTE DIFUSIVIDAD TÉRMICA:
El valor de éste coeficiente depende de cada material. Expresa la velocidad a la cual la temperatura de un material determinado aumenta o disminuye; los materiales cuyo coeficiente de difusividad térmica es alto respecto a otros (aislantes) conducirán más rápido el calor (tal es el caso de los metales).
NÚMERO DE REYNOLDS:
Es un número adimensional empleado en el área de estudio de los fluidos.
Su función es caracterizar un fluido, pues es un parámetro que define el comportamiento del mismo estudiando la relación de las fuerzas inerciales entre las fuerzas viscosas .
Existe un rango de Re que permite determinar el tipo de comportamiento de dicho fluido de estudio:
para un FLUJO en RÉGIMEN LAMINAR: Re<5*10^5
para un FLUJO en TRANSICIÓN:
para un FLUJO en RÉGIMEN TURBULENTO: 5*10^5<Re<10^7
TEMAS NUEVOS
EFUSIVIDAD TÉRMICA:
El coeficiente de efusividad térmica "b" o "Beta" representa cómo y qué tan rápido se transmite una onda de calor.
El ejemplo dado en clase fue muy representativo: al querer tocar arena a una alta temperatura, bastará con acercar la mano a ésta para sentir calor rápidamente (forma en que se conduce); en cambio si se acerca la mano gradualmente a un sartén colocado en la estufa a una cierta altura inicial el calor sentido no será alto, mientras que al ir acercando la mano éste nivel aumentará.
ECUACIÓN DE KARMAN-PRANDTL
Éste modelo matemático se emplea para la determinación del factor de fricción de Darcy para pérdidas en tuberías. Se se debe utilizar algún tipo de método numérico para resolverlas.
La siguiente ecuación se emplea para el análisis en una tubería lisa.
ECUACIÓN DE COLEBROOK-WHITE
Las pérdidas de presión para un fluido en movimiento dentro de una tubería son comúnmente estudiadas en la Mecánica de fluidos. Existe un factor de fricción de Darcy f que interviene en el cálculo de dichas pérdidas.
"Cuando el flujo de estudio se encuentra a régimen turbulento (Re ≥ 4 × 10^3), el factor de fricción es generalmente calculado por la ecuación de Colebrook-White.
Esta ecuación está basada en estudios experimentales en tuberías comerciales e incluye consideraciones teóricas de los trabajos de von Karman y Prandlt. La ecuación contempla tuberías lisas y rugosas, de la cual se origina Moody para obtener de manera gráfica factores de fricción. Lo anterior convierte a la correlación de CW en una ecuación estándar y la más aceptada para la estimación del factor de fricción a régimen turbulento y para rugosidad relativa". [1]
NÚMERO DE MUSSELT:
Representa la relación que existe entre el calor transferido por convección a través del fluido y el que se transferiría si sólo existiese conducción.
Lc: longitud característica. Para formas complejas se define como el volumen del cuerpo dividido entre su área superficial.
- k conductividad térmica del fluido
- h: coeficiente de transferencia de calor.
NÚMERO DE BIOT
Relaciona la transferencia de calor por conducción dentro de un cuerpo y la transferencia de calor por convección en la superficie de dicho cuerpo.
donde Lc = V / As
- V : volumen del sistema
- As : superficie de transferencia del sistema.
- h: coeficiente de transferencia de calor.
*Para una placa plana grande de espesor E, expuesta por el mismo fluido por las dos caras: Lc = E / 2 .
*Para un cilindro de radio R, Lc = R.
*Para una esfera de radio R, Lc = R.
REFERENCIAS utilizadas para complementar los TEMAS NUEVOS:
[1] Anaya-Durand, A. Isaías,Cauich-Segovia, G. Israel Oliver Funabazama-Bárcenas I. Oliver, Gracia-Medrano-Bravo V. Alfonso. "Evaluación de ecuaciones de factor de fricción explícito para tuberías". (2014) UNAM.
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