Transferencia De Calor

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA

ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, TECNOLOGÍA E INGENIERÍA

TRANSFERENCIA DE CALOR

PRACTICAS 1 A 3 y CUESTIONARIO

Grupo colaborativo 211611-1

LEONID ALEXANDER JIMÉNEZ CC 11.202.721

CLAUDIA INÉS BAUTISTA BAUTISTA COD.37542580

JENNY ALEJANDRA GARCÍA ROMERO COD. 42158857

OMAIRA SIRLEY MOSCOSO VILLADA COD: 38756840

Tutor Curso:

CALOR GERMAN PASTRANA BONILLA

Abril de 2013.

PRIMERA FASE – PREGUNTAS ABIERTAS

Lea detenidamente cada pregunta y en forma muy concreta dé respuesta a ella.

1- Relacione dos procesos del software Plantas Virtuales en los cuales se presentan los mecanismos de transferencia de calor individuales y dos en los cuales se presenten los mecanismos combinados.

R// El calor fluyendo de cuerpos o zonas de cuerpos, de alta temperatura a cuerpos o zona de cuerpos a baja temperatura lo hace fundamentalmente en uno ó más de tres mecanismos de transferencia de calor. Ellos son conocidos como CONDUCCION, CONVECCION Y RADIACION mecanismos que en la práctica se presentan en forma individual o simultánea en la industria.

Mecanismo individual de transferencia de calor

Ej: La evaporación es un proceso al cual se le aplica la transferencia de calor (mecanismo individual) la conducción.

Mecanismo Combinado de transferencia de calor

Ej: Horno continúo de panificación: el horno es en esencia un concentrador de calor concebido para mantener temperaturas elevadas y someter a éstas a un material en particular. En el caso de la panificación, los hornos están diseñados para mantener en su interior temperaturas del orden de los 200ºC. El calor se transfiere al pan por radiación y convección a través de superficies o tuberías radiantes o directamente a través de vapor.

2- Seleccione un proceso industrial para alimentos en el que se tengan los mecanismos de convección y radiación. Elabore un diagrama de flujo y describa brevemente el equipo en el cual se transfiere calor indicando claramente el mecanismo, la fuente de calor y rango aproximado de temperaturas de proceso.

R// Cuando una superficie transfiere calor por radiación casi siempre hay también una transferencia térmica convectiva a menos que dicha superficie esté en el vacío. Si la superficie radiante está a t° uniforme es posible calcular la transferencia de calor por convección y por radiación.

3- -Elabore el circuito térmico para un alimento colocado al baño de maría en un recipiente de vidrio, que se encuentra dentro de una olla de vidrio colocada en un horno microondas.

Dónde:

R1a es la resistencia del vidrio del recipiente que contiene el alimento radiación.

R1b es la resistencia del vidrio del recipiente que contiene el alimento por conducción.

R2 es la resistencia del agua del baño de maría (resistencia a la radiación).

R3 es la resistencia del vidrio de la olla (resistencia a la radiación)

R4 es la resistencia del aire dentro del horno microondas (resistencia a la radiación).

Ti es la temperatura inicial del alimento

Tf es la temperatura final del alimento

Este esquema tiene este planteamiento debido a que el alimento está influenciado por radiación, pero además de esto, luego de calentar el agua también se presenta un fenómeno de conducción térmica entre el agua y el vidrio del recipiente que contiene el alimento y luego de este al alimento.

4- Investigue el principio de funcionamiento de un secador solar, Identifique las resistencias térmicas y elabore el circuito térmico correspondiente.

El secado solar consiste en poner en contacto, bajo un invernadero, un aire regularmente renovado y un fango distribuido sobre una losa de hormigón y removido mecánicamente. Entre la entrada y la salida del invernadero, el aire se carga de vapor de agua, a costa del fango que se seca. Un sistema de ventilación asegura la renovación del aire con el fin de evacuar el vapor de agua procedente del fango. La cantidad de agua evaporada depende a la vez de las características del aire (temperatura, humedad), y de las del fango (temperatura, humedad, propiedades mecánicas).

5- Establezca dos aplicaciones prácticas del radio crítico de aislamientos.

Radio crítico de aislamientos: Al incrementar el grosor del aislamiento térmico de una pared plana siempre disminuye la transferencia de calor. Cuanto más grueso sea el aislante más baja será la velocidad de transferencia de calor. Esto es así debido a que el área de la superficie de intercambio de calor pared-fluido no varía. No ocurre lo mismo con las paredes cilíndricas o esféricas. En este caso, la resistencia total, y por tanto la potencia térmica, varía con el valor del radio exterior del aislamiento.

APLICACIONES:

Expresiones del radio crítico

PARED CILÍNDRICA => RADIO CRÍTICO = ka / ho ; ka: conductividad del aislante ; ho: coeficiente de película

PARED ESFÉRICA => RADIO CRÍTICO = ( 2 ka ) / ho ; ka: conductividad del aislante ; ho: coeficiente de película

• El radio crítico se puede aplicar para caracterizar el espesor en conductos cilíndricos, nos permite determinar el espesor del aislante para el cual el flujo de calor que lo atraviesa es máximo.

• Para cables eléctricos.

6- La difusividad térmica es una propiedad derivada de los materiales. Explique sobre su sentido físico en la transferencia de calor.

Difusividad térmica: Mecanismo de la conductividad térmica en los metales, variable que controlan la conductividad térmica en los metales, conducción térmica en cerámicas y polímeros, valores de conductividad térmica para distintos materiales, obtención de materiales aislantes.

La difusividad térmica es la magnitud que aparece en la ecuación de conducción del calor, y depende proporcionalmente de la conductividad térmica y es inversamente proporcional al calor específico y a la densidad del material.

Para obtener en un material la difusividad deseada se juega con la capacidad calorífica y con la conductividad térmica. La mayor difusividad térmica se obtiene en materiales con k muy elevado pero con calores específicos pequeños y densidades pequeñas. Los materiales con alta difusividad ajustan rápidamente su temperatura a la de sus alrededores

7- Explique brevemente que es un estado inestable y de un ejemplo aplicable a alimentos.

Cuando un sólido de temperatura uniforme se sumerge en un fluido a temperatura diferente, aparece en él un perfil de temperatura variable en el tiempo. Un claro ejemplo puede ser: El escaldado es un tratamiento en el cual se tiene un flujo de calor en estado inestable o no estacionario. la mayoría de los problemas que se presentan en la industria es el de establecer los tiempos óptimos de escaldado cuando se desea tener una temperatura predeterminada a nivel de las cáscaras o piel de las productos para tener los mejores resultados.

8- Los números son relaciones adimensionales de fenómenos físicos. Cuáles fenómenos están relacionados en los números de Reynolds, Fourier, Biot.

• Números de Reynolds: se relaciona con mecánica de fluidos, diseño de reactores y fenómenos de transporte para caracterizar el movimiento de un fluido. relaciona la densidad, viscosidad, velocidad y dimensión típica de un flujo en una expresión a dimensional, que interviene en numerosos problemas de dinámica de fluidos.

• Números de Fourier: caracteriza la conducción de calor. Conceptualmente es la relación entre la velocidad de la conducción de calor y la velocidad del almacenamiento de energía.

• Número de Biot: se relaciona en transmisión de calor por conducción dentro de un cuerpo y la transferencia de calor por convección en la superficie de dicho cuerpo. El campo donde se aplica es en la conductividad superficial y volumétrica de sólidos.

9- Establezca las diferencias entre la película térmica y la película hidráulica. (Diferencia entre Reynolds térmico y Reynolds hidráulico).

El número de Reynolds hidráulico nos dice en qué estado se encuentra nuestro fluido, ya sea turbulento, laminar o en estado de transición. El número de Reynolds térmico se basa a la transferencia de calor por convección y se basa en el aire que también es un fluido y se puede comportar como unos de los tres estados.

10- Cuáles fenómenos físicos están relacionados en los números de Grashof, Nusselt y Stanton?

Números de Grashof - en la Mecánica

La condición necesaria para que al menos una barra del mecanismo de 4 barras pueda realizar giros completos se conoce como condición de Grashof y se enuncia como sigue: "Si s + l < p + q entonces, al menos una barra del mecanismo podrá realizar giros completos"

Números de Nusselt - en la Físico-Química

El número de Nusselt establece la relación de la resistencia por conducción a la resistencia por convección en el fluido. Aunque es muy similar su fórmula a la del número de Biot, en este caso las dos resistencias están referidas al fluido en tanto que en el número de Biot, una resistencia, la interna es del sólido y la otra, la externa es del fluido que rodea el sólido

Números de Stanton – Factor de Fricción

Un fluido que fluye a través de un conducto cerrado a una cierta velocidad promedio V donde existe una diferencia de temperatura entre

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