Conversion Natural

1. Qué es la convección natural? Cómo se puede comparar con los demás mecanismos de transferencia de calor (conducción, convección forzada y radiación)?

En la convección natural el movimiento del fluido es debido a causas naturales, como el efecto de flotación, el cual se manifiesta con la subida del fluido caliente y el descenso del fluido frio.

El estudio de la convección natural se basa de dos principios de la mecánica de fluidos: conservación de masa, conservación de momento y del principio de termodinámica que es la conservación de la energía.

Como fue presentado en en la introducción, este tipo de mecanismo de transferencia de energía se caracteriza por estar acompañado de movimiento macroscópico de materia. Se establece en general entre un sólido y un fluído en contacto.

El movimiento de fluído puede estar provocado por las variaciones de densidad del fluido debido a las diferencias de temperatura en su seno, este caso se conoce como de convección natural. Si la pared está mas caliente el fluido en contacto con ella también eleva su temperatura por sobre el resto del fluido. Esto genera una diferencia de densidad que da lugar al movimiento del fluido. El fluido caliente se dsplaza hacia arriba y es reemplazado por el mas frío. Si la pared está mas fría

la convección forzada se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba

la conducción : La energía calorífica se transmite durante el contacto directo entre cuerpos (o partes de los mismos a distintas temperaturas y tiene lugar mediante choques o acoplamientos entre las moléculas del sistema (unas en zonas más calientes, con mayor energía térmica y otras en las zonas más frías, con menor energía térmica),aunque no haya un movimiento macroscópico de las moléculas,o el material sea transparente a la radiación. Este proceso es de gran importancia en sólidos, pero de menor importancia en líquidos y gases, donde normalmente aparece combinado con la convección y es prácticamente enmascarado por ésta.

Radiación: La energía calorífica se transmite en forma de energía de la radiación electromagnética, emitida por todos los cuerpos por el hecho de encontrarse a una temperatura T , y que se propaga a la velocidad de la luz (porque es luz de distintas longitudes de onda) y puede ser absorbida por los cuerpos, aumentando su temperatura.

La radiación es el único medio de transmisión del calor cuando ésta tiene lugar a través del vacío, y puede ser muy importante para altas temperaturas.

2. Qué es el coeficiente de expansión, cómo se define y por qué es una propiedad importante en la convección natural?

el coeficiente de expansión volumétrica de una sustancia; representa la variación de la densidad de esa sustancia con la temperatura a presión constante. Para un gas ideal b = 1 / T; T es la temperatura absoluta en K

• El conocimiento del coeficiente de expansión térmica o coeficiente de dilatación permite determinar los cambios dimensionales que sufre el material como consecuencia de un cambio en su temperatura.

• Un aumento de la temperatura origina una mayor vibración térmica de los átomos del material y un aumento de la distancia media de separación entre átomos adyacentes. La dimensión global del material en dicha dirección aumentará al hacerlo la temperatura.

• Hay una correlación entre la temperatura de fusión y el coeficiente de dilatación. Al aumentar las fuerzas de enlace la temperatura de fusión aumenta y el coeficiente de dilatación disminuye.

• Los coeficientes de dilatación de los materiales cerámicos y vidrios son generalmente inferiores a los de los metales , que son a su vez menores que los de los polímeros.

• En algunas cerámicas α es anisotrópico , incluso algunas cerámicas pueden contraerse en una determinada dirección al ser calentadas mientras ocurre lo contrario en otras direcciones

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3. Cómo se definen y qué significado tienen los números adimensionales de Grashof y Rayleigh? Por qué son importantes en el estudio de la convección natural?

El número de Grashof es una medida de las magnitudes relativas de la fuerza de empuje y la fuerza viscosa en oposición que actúan sobre el fluido.

el cual es adimensional y representa la razón entre las fuerzas de inercia y las fuerzas viscosas que actúan sobre el fluido, rige el régimen de flujo en la convección forzada. El número de Grashof, el cual también es adimensional y representa la razón entre la fuerza de empuje y la fuerza viscosa que actúan sobre el fluido, rige el régimen de flujo en la convección natural.

El papel que desempeña el número de Reynolds en la convección forzada

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