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Materia.
TEMA VI
RADIACIÓN TERMICA Catedrático:: Catedrático Carrera: Ing. Electromecánica. Grupo: 502 “C”.
Integrantes del equipo: Claudia Sinaca Chapol Carlos Alexis Márquez Pérez Eduardo Fiscal Ixtepan Gerardo Xolo Bustamante
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Introducción.
A continuación les describiremos de de manera detalla temas de la materia de transferencia de calor para p ara su análisis y comprensión de cómo se relacionan una de otra. El término convección se refiere a la transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.
4.1-FUNDAMENTOS FISICOS. Ocurre cuando el fluido es forzado a fluir sobre la superficie mediante medios artificiales, ejemplo: Ventiladores y bombas.
En convección forzada se utilizan las siguientes formulas:
Transferencia de calor por convección
Número de Reynolds Número de Nusselt.
Número de Prandtl.
Todo ello para conocer la unidad de energía de La transferencia de calor por convección forzada esto dependiendo de las propiedades del fluido.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN Es la transferencia de energía entre la superficie de un sólido y un líquido o un gas debido al movimiento de fluidos. El flujo de calor
por convección desde una superficie a un fluido se calcula utilizando como modelo la Ley de enfriamiento de Newton.
Qconv= HA Ts - TAMB
4.2-NUMEROS DIMENSIONALES.
En los estudios sobre convección, es práctica común quitar las dimensiones a las ecuaciones que rigen y combinar las variables, las cuales se agrupan en números dimensionales, con el fin de reducir el número de variables totales. NUMERO DE REYNOLDS. El número de Reynolds ES UN NÚMERO ADIMENSIONAL QUE depende de la velocidad del fluido, del diámetro de tubería, o diámetro equivalente si la conducción no es circular, y de la viscosidad cinemática o en su defecto densidad y viscosidad dinámica. Se utiliza en mecánica de fluidos para caracterizar el movimiento de un fluido, permite predecir el carácter turbulento o laminar de un fluido en algunos casos.
• Flujo laminar: Las partículas se desplazan en líneas paralelas
formando así un conjunto de capas o láminas, de allí su nombre • Flujo turbulento: Movimiento de fluidos de forma desordenada
en el cual la trayectoria de las partículas se encuentran creando pequeños remolinos no coordinados
FORMULA DE NUMERO DE REYNOLDS.
Velocidad romedio
NUMERO DE NUSSELT. Interpretación física, es el gradiente de temperatura adimensional en la superficie También es práctica común quitar las dimensiones del coeficiente de transferencia de calor h con el número de Nusselt, que se define como:
NÚMERO DE PRANDTL. El número de Prandtl (Pr) es un número adimensional proporcional al cociente entre la difusividad de momento (viscosidad) y la difusividad térmica. Se llama así en honor a Ludwig Prandtl. Se define como:
4.3-ECUACIONES EMPÍRICAS Para fines de diseño e ingeniería, las ecuaciones empíricas suelen tener gran utilidad práctica. En este apartado se presentan algunas de las ecuaciones empíricas más importantes y útiles y se indican sus limitaciones La temperatura promedio Temperatura promedio que es importante en todos los problemas de transferencia de calor en corrientes dentro de conductos cerrados. La temperatura promedio representa la energía media o las condiciones de la «capa de mezcla».
En el tubo dibujado en la Figura la energía total aportada puede expresarse en función de la diferencia de temperaturas promedio Siempre que Cp. sea razonablemente constante a lo largo del conducto. En el elemento diferencial de longitud dx, el calor aportado dq puede expresarse en función de una diferencia de temperaturas promedio o bien en función del coeficiente de transferencia de calor. Donde Tp y Tb son las temperaturas de la pared y promedio en una posición x particular.
La transferencia de calor en flujo turbulento completamente desarrollado en tubos lisos es la que recomiendan Dittus y Boelter
Es válida para flujo turbulento completamente desarrollado en tubos lisos, para fluidos con números de Prandtl variando entre un valor cercano a 0,6 y 100 y con diferencias moderadas de temperatura entre la pared y el fluido. Para tener en cuenta las variaciones de las propiedades, Sieder y Tate recomiendan la siguiente relación Todas las propiedades se evalúan en las condiciones de la temperatura promedio, excepto μр’ que se evalúa a la temperatura de la pared Petukhov ha desarrollado una expresión más precisa, aunque más compleja, para el flujo turbulento completamente desarrollado en tubos lisos:
4.4-PLACA PLANAS
En ingeniería estructural, las placas y las láminas son elementos estructurales que geométricamente se pueden aproximar por una superficie bidimensional y que trabajan predominantemente a flexión. Estructuralmente la diferencia entre placas y láminas está en la curvatura. Las placas son elementos cuya superficie media es plana, mientras que las láminas son superficies curvadas en el espacio tridimensional (como lás cúpulas, las conchas o las paredes de depósitos). Constructivamente son sólidos deformables en los que existe una superficie media (que es la que se considera que aproxima a la placa o lámina), a la que se añade un cierto espesor constante por encima y por debajo del plano medio. El hecho de que este espesor es pequeño comparado con las dimensiones de la lámina y a su vez pequeño comparado con los radios de curvatura de la superficie, es lo que permite reducir el cálculo de placas y láminas reales a elementos idealizados bidimensionales.
Cálculo de placas
Deformación transversal de una placa en la hipótesis de ReissnerMindlin donde θi y dw /dx i no tienen necesariamente que coincidir. Las hipótesis de Reissner-Mindlin son un conjunto de hipótesis cinemáticas sobre cómo se deforma una placa o lámina bajo flexión que permiten relacionar los desplazamientos con las deformaciones. Una vez obtenidas las deformaciones la aplicación rutinaria de las ecuaciones de la elasticidad permite encontrar las tensiones, y encontrar la ecuación que relaciona desplazamientos con las fuerzas exteriores. Las hipótesis de Reissner-Mindlin para el cálculo elástico de placas y láminas son: 1. El material de la placa es elástico lineal. 2. El desplazamiento vertical para los puntos del plano medio no depende de z : uz ( x , y , z) = w ( x , y ). 3. Los puntos del plano medio sólo sufren desplazamiento vertical: u x ( x , y ,0) = 0, uy ( x , y ,0) = 0. 4. La tensión perpendicular al plano medio se anula: σ zz = 0. Como consecuencia los desplazamientos horizontales sólo se dan fuera del plano medio y sólo se producen por giro del segmento perpendicular al plano medio. Como consecuencia de las hipótesis de Reissner-Mindlin los desplazamientos pueden escribirse como
Convección externa forzada:
Se inicia este capitulo con un panorama general del flujo externo, con énfasis en la resistencia al movimiento, o arrastre, por la fricción y la presión, la separación del flujo y la evaluación de los coeficientes de resistencia y de convección promedios. Aquí se continua con el flujo paralelo sobre placas planas. Convección Forzada: el movimiento del fluido es generado por fuerzas impulsoras externas. Por ejemplo: aplicación de gradientes de presión con una bomba, un soplador,etc. “Cuando no hay presencia de un fluido en movimi ento no hay convección”
En la práctica con frecuencia se tiene flujo de fluidos sobre cuerpos sólidos, y es responsable de numerosos fenómenos físicos como la fuerza de resistencia al movimiento, o arrastre, que actúa sobre automóviles, las líneas de energía eléctrica, los árboles y las tuberías submarinas; la sustentación desarrollada por alas de los aviones y el enfriamiento de láminas metálicas o de plástico, de tubos de vapor de agua y de agua caliente, y de alambres extruidos. Por lo tanto es, importante el desarrollo de una buena compresión del flujo externo y de la convección forzada externa en el diseño mecánico y térmico de muchos sistemas de ingeniería, como aviones, automóviles, edificios, componentes electrónicos y alabes de turbinas.
Resistencia al movimiento debida a la fricción y la presión Es una experiencia común que un cuerpo encuentre alguna resistencia cuando se le fuerza a moverse a través de un fluido, en especial si se trata de un líquido. La fuerza en la dirección de un flujo que ejerce un fluido cuando se desplaza sobre un cuerpo se llama arrastre. Las componentes de la presión y de las fuerzas cortantes sobre la pared en la dirección del flujo tienden a mover al cuerpo en esa dirección y su suma se llama sustentación.
Convección en placas planas El flujo en la capa limite se inicia como laminar pero si la placa es suficientemente larga, el flujo se volverá turbulento a una distancia x, donde el numero de Reynolds alcanza un valor critico.
El número de Reynolds a una distancia x para una placa plana se expresa como:
“La transición del flujo laminar hacia turbulento depende de la
configuración geométrica de la superficie, de su aspereza, de la velocidad corriente arriba , de la temperatura superficial y del tipo de fluido, entre otras cosas, y se le caracteriza de la mejor manera como el numero de Reynolds.”
4.5-TUBO CIRCULAR (APLICACIONES EN INTERCAMBIADORES DE CALOR). Un intercambiador de calor es un componente que permite la transferencia de calor de un fluido (líquido o gas) a otro fluido. Entre las principales razones por las que se utilizan los intercambiadores de calor se encuentran las siguientes: Calentar un fluido frío mediante un fluido con mayor temperatura. • Reducir la temperatura de un fluido mediante un fluido con
menor temperatura. • Llevar al punto de ebullición a un fluido mediante un fluido con
mayor temperatura. • Condensar un fluido en estado gaseoso por medio de un fluido
frío. • Llevar al punto de ebullición a un fluido mientras s e condensa
un fluido gaseoso con mayor temperatura.
Debe quedar claro que la función de los intercambiadores de calor es la transferencia de calor, donde los fluidos involucrados deben estar a temperaturas diferentes. Se debe tener en mente que el calor sólo se transfiere en una sola dirección, del fluido con mayor temperatura hacia el fluido de menor temperatura. En los intercambiadores de calor los fluidos utilizados no están en contacto entre ellos, el calor es transferido del fluido con mayor temperatura hacia el de menor temperatura al encontrarse ambos fluidos en contacto térmico con las paredes metálicas que los separan.
4.6-CORRELACIONES PARA FLUJO EXTERNO.
4.7-CORRELACIONES PARA FLUJO INTERNO.
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 1. Frank Kreith & Mark S. Bohn.Principios de Transferencia de calor .página 2 2. Incropera, Frank P. (1999). Fundamentos de transferencia de calor. (4a. ed. edición). México: Prentice Hall. p. 912 3. Frank Kreith & Mark S. Bohn.(2002)Principios de Transferencia de calor . Thomson Editores.isbn 84-9732-061-1 4. 5. http://idae.electura.es/publicacion/73/guia practica energia_rehabilitacion_edificios_aislamiento_del calor mejor_solución
