Trabajo de Investigacion 3er Parcial

7/26/2019 Trabajo de Investigacion 3er Parcial

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Tema:TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCION

TRANSFERENCIA DE CALOR

Se puede definir como el paso de energa !rmica desde un cuerpo de ma"or

emperaura a oro de menor emperaura# Como e$emplo podemos decir %ue un

o&$eo solido o un fluido' se encuenran a una emperaura diferene de la de su

enorno u oro cuerpo' se dice %ue la ransferencia de energa !rmica' am&i!n

conocida como ransferencia de calor " eso ocurre de al manera %ue los cuerposalcancen e%uili&rio ermodin(mico# Esa siempre ocurre desde un cuerpo caliene

a uno m(s frio' )e a) la segunda le" de la ermodin(mica " es cuando e*ise una

diferencia de emperaura enre dos o&$eos en pro*imidad uno del oro' la

ransferencia de calor no puede ser deenida+ solo puede )acerse m(s lena#

La ransferencia de calor cam&ia la energa inerna de am&os sisemas

implicados' de acuerdo con la primera le" de la Termodin(mica#

Denro de la ransferencia de calor se puede dar de res maneras como se dealla

en la figura ,#

Fig# , Formas de ransferir calor

Fuene- ...#correodelmaesro#com/ Por conducci0n

/ Por con1ecci0n


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2NIVERSIDAD T3CNICA DE COTOPA4I IN5ENIER6A ELECTRO7EC8NICAPERIODO- A9RIL : A5OSTO ;2INTO

TRABAJO DE INVESTIGACIN

/ Por radiaci0n

De las cuales 1amos a raar la ransferencia de calor por con1ecci0n misma %ue

se deallara a coninuaci0n#

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN

2na de las formas de ransferir calor es am&i!n mediane la con1ecci0n %ue es

una de las ? formas %ue se uili@a para ransferir calor denro de la ermodin(mica#

Ese se caraceri@a por%ue se produce por medio de un fluido %ue ranspora el

calor enre las @onas con diferenes emperauras# La con1ecci0n es el modo de

ransferencia de energa enre una superficie s0lida " el l%uido o gas ad"acenes

%ue es(n en mo1imieno " comprende los efecos com&inados de la conducci0n "

el mo1imieno de fluidos# Enre m(s r(pido es el mo1imieno de un fluido' ma"or

es la ransferencia de calor por con1ecci0n# En ausencia de cual%uier mo1imieno

masi1o de fluido' la ransferencia de calor enre una superficie s0lida " el fluido

ad"acene es por conducci0n pura# La presencia de mo1imieno masi1o del fluido

acreciena la ransferencia de calor enre la superficie s0lida " el fluido' pero

am&i!n complica la deerminaci0n de las ra@ones de esa ransferencia#

Considere el enfriamieno de un &lo%ue caliene al soplar aire fro so&re su

superficie superior figura ;B# La energa se ransfiere primero a la capa de aire

ad"acene al &lo%ue' por conducci0n# Enseguida' esa energa es acarreada

ale$(ndola de la superficie' por con1ecci0n+ es decir' por los efecos com&inados

de la conducci0n denro del aire' %ue se de&e al mo1imieno aleaorio de

mol!culas de !se' " del mo1imieno masi1o o macrosc0pico de ese aire %ue

remue1e el aire calenado' cercano a la superficie " lo reempla@a por oro m(s

fro#

Transferencia de calor por conveccin Pgina | 1


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Fig# , Transferencia de calor de una superficie

caliene )acia el aire por con1ecci0nFuene- Termodin(mica de Cengel a edici0n

Incluso' se puede llamar con1ecci0n al proceso deransferencia de calorenre un

gas " un s0lido o enre un l%uido " un s0lido a diferenes emperaura# Los

procesos de ransferencia de calor %ue comprenden cam&io de fase de un fluido

am&i!n se consideran como con1ecci0n a causa del mo1imieno de ese fluido

inducido durane el proceso' como la ele1aci0n de las &ur&u$as de 1apor durane

la e&ullici0n o la cada de las goias de l%uido durane la condensaci0n# A pesar

de la comple$idad de la con1ecci0n' se o&ser1a %ue la rapide@ de la ransferencia

de calor por con1ecci0n es proporcional a la diferencia de emperaura " se

e*presa en forma con1eniene por la le" de Ne.on del enfriamieno como-

Qconv=h As(TsT) ,

Donde-

h Coeficiene de ransferencia de calor por con1ecci0n GHm ;JC o

9uH)f;JF

As 8rea superficial

Ts Temperaura de superficie

T Temperaura de fluido



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El coeficiene de ransferencia de calor por con1ecci0n hno es una propiedad del

fluido# El coeficiene de ransferencia de calor por con1ecci0n depende de la

densidad' 1iscosidad " 1elocidad del fluido' as como de sus propiedades !rmicas

conduci1idad !rmica " calor especficoB# La resisencia !rmica en la

ransferencia de calor por con1ecci0n 1iene dada por-

RC= 1

hCA;

Donde-

RC Resisencia !rmica

hC Conducancia con1eci1a !rmica uniaria o coeficiene de

ransferencia de calor por con1ecci0n

A 8rea superficial en conaco con el fluido en m;

Es un par(mero %ue se deermina en forma e*perimenal " cu"o 1alor depende

de odas las 1aria&les %ue influ"en so&re la con1ecci0n' como la configuraci0n

geom!rica de la superficie' la naurale@a del mo1imieno del fluido' las

propiedades de !se " la 1elocidad masi1a del mismo' podemos o&ser1ar 1alores

para h en la siguiene a&la ,#

TABLA 1 VALORES TPICOS DEL COEFICIENTE DE TRANSFERENCIADE CALOR POR CONVECCIN

Valores picos del coeficiene de ransferencia de calor por con1ecci0nTipo de con1ecci0n h' GHm; JCKCon1ecci0n li&re de gases ; / ;=

Con1ecci0n li&re de l%uidos ,< : ,


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Algunos no consideran a la con1ecci0n como un mecanismo fundamenal de

ransferencia del calor "a %ue' en esencia' es conducci0n de calor en presencia

de un mo1imieno de fluido# Pero oda1a se necesia dar un nom&re a ese

fen0meno com&inado' a menos %ue se desee seguir refiri!ndose a !l como

conducci0n con mo1imieno de fluidoM# Por ano' resula pr(cico reconocer a la

con1ecci0n como un mecanismo separado de ransferencia del calor' a pesar de

los argumenos 1(lidos en conra#

Conveccin e !a a"m#$e%a e !a "ie%%a

La ransferencia de calor por con1ecci0n da origen a los 1ienos " corrienes de

aire' pues en el da el Sol caliena el suelo' el cual cede pare de su energa al aire

por conducci0n " ese se caliena por con1ecci0n# Al calenarse el aire' su

densidad disminu"e " se )ace m(s li1iano' su&iendo#

El aire m(s fro &a$a' pues es m(s pesado de&ido a una densidad ma"or %ue el

aire caliene# Pare del aire caliene su&e creando corrienes del mismo " ora se

mue1e )ori@onalmene cre(ndose los 1ienos# El aire caliene %ue )a su&ido mu"alo cede ese calor por la noc)e' regulando la emperaura erresre' " e1iando el

calenamieno glo&al#

&ecani#mo e "%an#$e%encia e ca!o% 'o% conveccin

Si se caliena un l%uido o un gas' su densidad masa por unidad de 1olumenBsuele disminuir# Denro de la ransferencia de calor podemos )acerlo de dos

maneras-

Con1ecci0n naural#/ Si el l%uido o gas se encuenra en el campo gra1iaorio' el

fluido m(s caliene " menos denso asciende' mienras %ue el fluido m(s fro " m(s

denso desciende# Ese ipo de mo1imieno' de&ido e*clusi1amene a la no

uniformidad de la emperaura del fluido' se denomina con1ecci0n naural# Como

conrase' se dice %ue es con1ecci0n naural o li&reB si el mo1imieno del fluido es



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causado por las fuer@as de empu$e %ue son inducidas por las diferencias de

densidad de&idas a la 1ariaci0n de la emperaura en ese fluido as como se

dealla la figura ?#

Fig# ? Transferencia de calorpor con1ecci0n naural

Fuene- Termodin(mica deCengel a edici0n

Con1ecci0n for@ada#/ Se logra someiendo el fluido a un gradiene de presiones'

con lo %ue se fuer@a su mo1imieno de acuerdo a las le"es de la mec(nica de

fluidos# La con1ecci0n reci&e el nom&re de con1ecci0n for@ada si el fluido es

for@ado a fluir so&re la superficie mediane medios e*ernos como un 1enilador'

una &om&a o el 1ieno as como lo dealla la figura #

Fig# Transferencia de calorpor con1ecci0n for@ada



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Fuene- Termodin(mica deCengel aedici0n

E(em'!o e "%an#$e%encia e ca!o% 'o% conveccin

Si enciendo un radiador figura =B " espero a %ue alcance una emperaura

&asane ala' no engo m(s %ue poner una mano encima a una disancia

prudencialB para 1er %ue e*ise un flu$o de aire por con1ecci0n naural# El aire

alrededor del radiador se caliena disminu"endo su densidad' por lo ano' al

pesar menos %ue el aire am&iene' flu"e )acia arri&a dando paso a un aire de

reno1aci0nM alrededor del radiador' reiniciando el proceso de forma cclica#

Fig# = Transferencia de calorpor con1ecci0n

Fuene- )p-HHnergi@a#comHB

&ecani#mo# #im)!"*neo# e "%an#$e%encia e ca!o%

Se mencion0 %ue e*isen res mecanismos de ransferencia de calor' pero no

pueden e*isir simul(neamene los res en un medio# Por e$emplo' la

ransferencia de calor s0lo ocurre por conducci0n en los s0lidos opacos' pero por

conducci0n " radiaci0n en los s0lidos semiransparenes# Por ano' un s0lido

puede comprender conducci0n " radiaci0n pero no con1ecci0n# Sin em&argo' un



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s0lido puede presenar ransferencia de calor por con1ecci0n "Ho radiaci0n en sus

superficies e*puesas a un fluido o a oras superficies# Por e$emplo' las superficies

e*eriores de un ro@o fro de roca se calenar(n en un medio am&iene m(s

caliene' como resulado de la ganancia de calor por con1ecci0n del aireB " la

radiaci0n del Sol o de las superficies circundanes m(s calienesB# Pero las pares

ineriores de la roca se calenar(n a medida %ue el calor se ransfiere )acia la

regi0n inerior de ella por conducci0n# La ransferencia de calor es por conducci0n

"' posi&lemene' por radiaci0n en un fluido es(ico sin mo1imieno masi1o del

fluidoB " por con1ecci0n " radiaci0n en un fluido %ue flu"e# En ausencia de

radiaci0n' la ransferencia de calor a ra1!s de un fluido es por conducci0n o

con1ecci0n' dependiendo de la presencia de algn mo1imieno masi1o de esefluido# La con1ecci0n se puede conce&ir como conducci0n " mo1imieno del fluido

com&inado' " la conducci0n en un fluido se puede conce&ir como un caso

especial de con1ecci0n en ausencia de algn mo1imieno de ese fluido figura B#

Fig# 7ecanismos de rans/ferencia de calor

Fuene- Termodin(mica deCengel aedici0n

Por ano' cuando se raa con la ransferencia de calor a ra1!s de un fluido' se

iene conducci0n o con1ecci0n' pero no las dos#



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BIBLIOGRAFA CITADA

CEN5EL' unus TQER7ODNA7ICS# AN EN5INEERIN5

APPROACQ#' = Edici0n' Edi# 7c5ra. Qill 9oo

Compan"' ;

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