Actividad 2. Padlet de mecanismos de transferencia de calor en geometrías regulares by DAFNE XCHEL VANESSA BACA VIGUERAS

Convección

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Es el proceso por el cual el calor se transfiere a través de un fluido, como un líquido o un gas, mediante el movimiento del fluido mismo.

Portada

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Problema

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En un laboratorio de biotecnología, se está llevando a cabo un experimento que involucra dos placas paralelas verticales de dimensiones L×HL×H colocadas a diferente temperatura. La placa caliente tiene una temperatura constante de TH y la placa fría tiene una temperatura constante de TC, con TH>TC. Se supone que se establece un flujo de calor por convección natural entre las dos placas

Datos

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Temperatura de la placa caliente (TH): 100°C.
Temperatura de la placa fría (TC): 25°C.
Distancia entre las placas (H): 0.02 metros.
Longitud de las placas (L): 0.1 metros.

Propiedades del aire:

Conductividad térmica (kaire): 0.026 W/(m·°C).
Viscosidad cinemática (ν): 15.11×10−615.11×10−6 m²/s.
Prandtl número (Pr): 0.71.

Diferencia entre Convección Natural y Forzada

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Resolución

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¿Qué es un termofluido y que propiedades los caracterizan?

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Es un tipo de fluido utilizado para la transferencia de calor, como agua, aire, aceite, etc.

Algunas de sus características son:

Conductividad térmica (k): Capacidad para conducir calor.
Viscosidad cinemática (ν): Relación entre la viscosidad dinámica y la densidad.
Capacidad térmica (cp): Cantidad de calor necesaria para aumentar la temperatura de una unidad de masa.
Densidad: Masa por unidad de volumen.

¿Cuáles son las principales características de la transferencia de calor en el flujo turbulento?

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Un flujo turbulento presenta fluctuaciones de manera constante es decir, el movimiento del fluido se da de forma caótica y las partículas se mueven de manera desordenada, haciendo que sus trayectorias se mezclen de manera aleatoria.

Por lo que tiene mayor coeficiente de transferencia de calor debido a la mezcla y el arrastre, se utiliza del número de Reynolds para identificar la transición a turbulento y presenta predominancia de fluctuaciones rápidas y vórtices en el flujo.

Describe de forma simple lo que representa un rollo de convección:

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es un patrón de flujo característico que se forma en ciertos sistemas de transferencia de calor por convección natural. Se presenta cuando el aire caliente asciende y el frío desciende, creando un bucle circular. Este fenómeno es común en procesos naturales como el clima y en aplicaciones industriales.

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Esquema del proceso de transferencia de calor por radiación

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Con respecto al problema...

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Sabemos que la placa caliente tiene una temperatura más alta que la placa fría, por lo que el calor fluye desde la placa caliente hacia la placa fría. Al obtener un flujo de calor negativo, se confirma esta dirección de transferencia de calor, ya que el calor siempre fluye de caliente a frío para alcanzar el equilibrio térmico.

La ley de Fourier dice que el flujo de calor es proporcional al gradiente de temperatura, pero tiene un signo negativo porque el calor fluye en la dirección opuesta al gradiente (del calor al frío) por lo que si el gradiente de temperatura es positivo (es decir, la temperatura aumenta a medida que te mueves de la placa fría a la caliente), el flujo de calor será negativo, indicando que el calor se está moviendo hacia abajo, del caliente al frío.

En general...

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Se pudo entender que hay varias formas de reducir o controlar el flujo de calor, puede ser a través de aumentar la distancia entre superficies para reducir el gradiente de temperatura o utilizando materiales con baja conductividad térmica para bloquear el flujo de calor. Estas acciones son útiles para aplicaciones donde se quiere minimizar la pérdida de calor o mejorar la eficiencia energética.

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Ademas que los termofluidos, como el aire y el agua, juegan un papel esencial en la transferencia de calor ya que sus propiedades físicas y termodinámicas determinan la eficiencia y la cantidad de calor que pueden transportar por lo que, comprender estas propiedades es esencial para el diseño y el análisis de sistemas de transferencia de calor.

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Gabriel Garcia .(2021). Convección Natural Parte 1, 2 y 3 -Transferencia de Calor. YouTube.

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Rodolfo Herrera. (2023). FES Zaragoza. UAM. Wordpress.

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Sergio Galvan. (2013). Introduccion_Termofluidos. Fac. de Ingeniería Mecánica. UMSNH.

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Decanato de Investigación. (2005). TRANSFERENCIA DE CALOR. Universidad Nacional Experimental del Táchira. Venezuela.