CONVECCION DE CALOR

UNIVERSIDAD  NACIONAL

JOSE FAUSTINO SANCHEZ CARRION

FACULTAD DE INGENERIA METALURGICA Y QUIMICA

ESCUELA ACADEMICA PROFESIONAL DE INGENIERIA METALURGICA

[pic 1]

TEMA:

CONVECCION DE CALOR

ALUMNO:

CORAL CACHA, LENIN ROMARIO

CURSO:

FENOMENOS DE TRANSPORTE

DOCENTE:

*Ing. Ronald Rodríguez Espinoza

INGENIERO QUÌMICO – Registro C.I.P. N° 95579

HUACHO - PERÚ

2015

PRESENTACION

Este trabajo monográfico trata sobre la transferencia de calor por convección, este tema se concentra en el movimiento molecular aleatorio y también en el movimiento volumétrico del fluido en la capa limite. Se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales, la evaporación del agua o fluidos. También se trata sobre los tipos de convección de acuerdo al flujo: convección forzada y convección libre o natural; existe otro proceso de convección que implica intercambio de calor latente, generalmente asociado a cambios de fase entre los estados líquido y vapor de un fluido. Otros temas son la ebullición y la condensación, para el mejor entendimiento  del lector.

DEDICATORIA

El presente trabajo está dedicado a mi familia que me dan su apoyo siempre y hacen todo lo posible para que yo pueda terminar mi carrera de la mejor manera y sin inconvenientes y a Dios que es el que está conmigo siempre y me acompaña.

RESUMEN

INTRODUCCION

INDICE

PRESENTACION 2

DEDICATORIA 2

RESUMEN3

INTRODUCCION4

CONVECCION DE CALOR4

OPINIONES DE AUTORES4

2.1 SEARS, ZEMASKY, YOUNG

2.2 HOLMAN

CONVECCION DE CALOR

La transferencia de calor por convección se da cuando existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos. Sobre este tema hay varios autores que dan su teoría u opinión.

OPINIONES DE AUTORES SOBRE CONVECCIÓN DE CALOR

Sears, Zemasky & Young (1982); opinan que la convección es la transferencia de calor por un movimiento real del material. Ejemplos de esto son la estufa de aire caliente, el sistema de calefacción por agua caliente y el flujo sanguíneo en el cuerpo humano. Si el movimiento del material se provoca por un ventilador o bomba, el proceso se denomina convección forzada; si el material se mueve a causa de diferencias de densidad (originadas por dilatación térmica), se denomina convección natural o libre. Para comprender esto último, consideremos un tubo en U como ilustrado en la siguiente figura 01.[pic 2]

Fuente: libro de ¨Física Universitaria¨

Figura 01: La convección se origina por las diferencias de densidades.

En (a), el agua está a la misma temperatura en ambos brazos del tubo en U y, en tanto, esta al mismo nivel en los dos. En (b) se ha calentado el brazo derecho del tubo en U. el agua en este lado se dilata y, siendo menor la densidad, se necesita una columna con mayor longitud para equilibrar la presión producida por el agua fría de la columna de la izquierda. Cuando se abre la espita, el agua pasa desde la parte superior de la columna caliente a la columna fría, y disminuirá la presión del lado de la columna caliente. Entonces, en el fondo de la U, el agua se verá forzada a pasar del lado frio al caliente. Si suministramos continuamente calor al lado caliente y lo quitamos al lado frio, la circulación se mantiene indefinidamente. El resultado neto es una propagación continua de calor del lado caliente al frio. En los sistemas domésticos normales de calefacción por agua caliente, el lado frio corresponde a los radiadores y el lado caliente a la caldera.

Holman J.P. (1999); nos explica con un ejemplo la transferencia de calor por convección; sabemos muy bien que una placa de metal caliente se enfría con mayor rapidez cuando se le coloca frente a un ventilador, que cuando se le expone a un aire en reposo.

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Fuente: libro de transferencia de calor

Figura 2. Conductividad térmica aparente de un material aislante criogénico típico: (a) aislantes multicapas; ib.) Polvos opacados; (c) fibras de vidrio; (d) polvos; (e) espumas, polvos y fibras.

Decimos que el calor se disipó por convección y llamamos al proceso transferencia de calor por convección. Por ejemplo, sabemos que la velocidad a la que sopla el aire sobre la placa caliente obviamente influye en la rapidez de transferencia de calor. ¿Pero influye el enfriamiento de una manera lineal; es decir, si se duplica la velocidad, se duplicará la rapidez de transferencia de calor? Deberíamos sospechar que la rapidez de transferencia de calor podría ser diferente si enfriamos la placa con agua en vez de aire, pero, una vez más, qué tanta diferencia habría?.

Considérese la placa caliente que se muestra en la Fig. 3. La temperatura de la placa es Tw y la temperatura de fluido es Tm. La velocidad de flujo aparece como se muestra, siendo reducida a cero en la placa como resultado de la acción de viscosidad. Ya que la velocidad de la capa de fluido sobre la pared será cero, el calor deberá transferirse en aquel punto sólo por conducción. De este modo podríamos calcular la transferencia de calor, utilizando la Ec. l-l con la conductividad térmica y el gradiente de temperatura del fluido sobre la pared. ¿Por qué, entonces, si en esta capa el calor fluye por conducción, hablamos de transferencia de calor por convección y necesitamos considerar la velocidad del fluido? La respuesta es que el gradiente de temperatura depende de la rapidez a la que el fluido conduce el calor; una velocidad alta produce un gradiente de temperatura más grande, y así sucesivamente. Por tanto, el gradiente de temperatura sobre la pared depende del campo de flujo, y en nuestro último análisis debemos desarrollar una expresión que relacione las dos cantidades. Sin embargo, debe recordarse que el mecanismo físico de la transferencia de calor sobre la pared es un proceso de conducción.

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Fuente: cuadro extraído del libro TRANSFERENCIA DE CALOR

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