ü  ¿Qué diferencia entre modelos matemáticos y procesos de cálculo respecto a la convección forzada?

La transferencia de calor por convección tiene lugar por difusión térmica (el movimiento aleatorio de las moléculas de fluido) como por advección, en la cual la materia o el calor es transportado por el movimiento a gran escala de las corrientes en el fluido.

La modelación matemática es la actividad que consiste en representar, manipular y comunicar objetos del mundo real que permita la simulación de procesos complejos, generar hipótesis y sugerir experimentos o métodos de validación supone contextos extra-matemáticos. En el modelado hay mayor oportunidad para explorar conceptos matemáticos, indagación y experimentación. En la resolución de problemas se brindan escenarios más simplificados y conceptualmente mucho más orientados.

ü  ¿Qué es un termofluido y que propiedades los caracterizan?

Es la ciencia que estudia el flujo de fluidos, dando énfasis en el contenido de energía y su transporte en flujos.

Propiedades: calor especifico, conductividad térmica, viscosidad

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

En el flujo turbulento las partículas se mueven en trayectorias irregulares, las fuerzas viscosas son débiles en relación con las fuerzas inerciales. Según la definición de Taylor y von Kármán, puede producirse por el paso del fluido sobre superficies de frontera, o por el flujo de capas de fluido, a diferentes velocidades que se mueven una encima de la otra. (¿Qué es y caracteristicas de un flujo turbulento?, s.f.)

La turbulencia de pared generada por efectos viscosos debido a la existencia de paredes. Y la turbulencia libre es producida en la ausencia de pared y generada por el movimiento de capas de fluido a diferentes velocidades. (¿Qué es y caracteristicas de un flujo turbulento?, s.f.)

El flujo turbulento aumenta la transferencia de calor por convección, aumenta la transferencia de masa y el mezclado, y reduce el arrastre, (¿Qué es y caracteristicas de un flujo turbulento?, s.f.)

ü  Describe de forma simple lo que representa un rollo de convección.

La convección se define como el calor transmitido en un líquido o en un gas como consecuencia del movimiento real de las partículas calentadas.

Esto lo podemos observar cuando calentamos agua en un recipiente, el agua que se va calentando primero es la esta mas cerca de la superficie de contacto con el calor, esta por densidad empieza a subir hacia la parte más fría es decir la superficie, en ese momento las moléculas de agua que están frías se mueven hacia abajo del recipiente que se está calentando.

ü  Elabora un esquema en forma libre del proceso de transferencia de calor por radiación. Incluye en el esquema los conceptos de radiación del cuerpo negro y Ley de Stefan-Boltzman.

Un cuerpo negro es aquel en el que la radiación electromagnética se encuentra en equilibrio con las parede, estando entonces caracterizado por la temperatura. (Ley de Stefan-Boltzmann. Radiación de un cuerpo negro., s.f.)

La ley de Stefan-Boltzman establece que un cuerpo negro emite radiación térmica con una potencia emisiva hemisférica total proporcional a la cuarta potencia de su temperatura. La ley está relacionada con la densidad de energía en la radiación en un volumen de espacio dado. También es valida para cualquier otro cuerpo cuya superficie tenga un coeficiente de absorción (o emitancia independiente de la longitud de onda. (Termodinamica del cuerpo negro y la ley de Stefan Boltzmann, s.f.)

Esta ley relaciona dos variables que son la intensidad y la temperatura.

                   donde

Q/t = Flujo de calor (potencia calórica) watt= Joule/seg

ε= Coeficiente de emisividad (toma valores de 0 a 1, es adimensional)

C= Constante de Stefan y tiene un valor de 5.67x10^-8 watt/m²k⁴

A= Área alrededor del cuerpo

T= Temperatura del cuerpo en grados K

Esta ley de aplica en el área alimentaria, metalúrgica.

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

Datos:

·         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): 0.026W/(m°C)

-          Viscosidad cinemática (v): 15.11x10-615.11x10-6 m2/s

-          Prandtl número (Pr):0.71

•   Calcule la diferencia de temperatura ( T) entre las dos placas.

T=Th - Tc

T=(100-25)°C

T=75°C

• Determine el perfil de temperatura (T(x)) en función de la distancia x entre las placas. Utilice la ecuación de la transferencia de calor por convección natural.

Donde δ es la longitud característica de la capa limite dada por δ

• Calcule el flujo de calor (q) entre las placas y exprese la ecuación que lo describe.

Area de transferencia de calor 

A=LH   A=0.1m (0.02m)=0.002m²

• Supongamos que se desea reducir el flujo de calor entre las placas, ¿Qué acción podría tomar el laboratorio para lograrlo?

Hay que aumentar la distancia entre las placas.

Utilizar materiales aislantes entre las placas para disminuir la conductividad térmica del medio.

Modificar las temperaturas de las placas

Cambiar las propiedades del aire mediante el uso de dispositivos de control de flujo como ventiladores.

¿Qué es y caracteristicas de un flujo turbulento? (s.f.). Obtenido de Artículo. Equipos y Laboratorias de Colombia: https://www.equiposylaboratorio.com/portal/articulo-ampliado/que-es-y-caracteristicas-de-un-flujo-turbulento

Análisis de las propiedades térmicas de los fluidos. (3 de octubre de 2018). Obtenido de SACOME: https://www.sacome.com/analisis-propiedades-termicas-fluidos/#:~:text=Las%20propiedades%20a%20las%20que,espec%C3%ADfico%2C%20conductividad%20t%C3%A9rmica%20y%20viscosidad.

Connor, N. (07 de 01 de 2020). ¿Qué es la convección? Transferencia de calor por convección? Obtenido de Thermal Engineering: https://www.thermal-engineering.org/es/que-es-la-conveccion-transferencia-de-calor-por-conveccion-definicion/

Franco García, A. (2016). Ley del enfriamiento de Newton. Obtenido de Termodinámica. Física de Newton: http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/calor/enfriamiento/enfriamiento.html

Ley de Stefan-Boltzmann. Radiación de un cuerpo negro. (s.f.). Obtenido de Laboratorio Virtual de Física Cuántica. Universidad de Valencia.: https://www.uv.es/inecfis/QPhVL/p6/p6_intro.html

Molina-Mora, J. (31 de Julio de 2017). Experiencia de modelación matemática como estrategia didáctica para la enseñanza de topicos de cálculo. Obtenido de Universidad Nacional Costa Rica: https://doi.org/http://dx.doi.org/10.15359/ru.31-2.2

Termodinamica del cuerpo negro y la ley de Stefan Boltzmann. (s.f.). Obtenido de Fisica. UNAM: https://www.fisica.unam.mx/personales/romero/2010/Cuerpo-Negro.pdf