Mecanismos de transferencia de calor

Informe Experiencia N°1 “Mecanismos de Transferencia de Calor”
1.1 Resumen Ejecutivo
En el presente informe, correspondiente a la Experiencia N°1 del laboratorio de Transferencia de Calor y Materia se analizan los resultados obtenidos para demostrar los diferentes mecanismos de transferencia de calor.

Un tubo de forma cuadrada y agua en su interior con un poco de tinta en su partesuperior, se utilizó para observar cómo ocurre la convección natural al calentar parte del tubo en la parte inferior. Se comprobó empíricamente el movimiento del agua al cambiar su densidad producto de un incremento en la temperatura del sistema ya que la tinta presente en el agua comenzó a descender.

Una aleta dispuesta sobre una resistencia se utilizó para estudiar los casos de conducción,convección natural y convección forzada, ésta última se facilitó con la ayuda de dos ventiladores mecánicos. Desde esta experiencia es posible determinar cuál es el perfil de temperaturas al incrementarse la distancia, para ello, se utilizó una cámara termográfica capaz de convertir la radiación detectada a distancia en información sobre temperatura. Además, se calcularon los coeficientes convectivos y laeficacia de la aleta para los casos de convección natural y forzada.

Una placa negra, que recibe calor por radiación desde la parte posterior se utilizó para determinar cómo varía la intensidad de radiación de una superficie con la distancia entre la fuente y la superficie. Para ello se utilizó un radiómetro, dispositivo capaz de cuantificar la intensidad de radiación emitida por la placa.1.2 Fenomenología
Convección Natural: La fenomenología de la convección natural consiste principalmente en el movimiento de un fluido a partir de una fuerza impulsora. En este caso la fuerza impulsora correspondía a una diferencia de temperatura que se produce al calentar el líquido con fuego, lo que provoca una disminución en la densidad del agua (temperatura mayor a 4°C por lo cual no seencontraba en el rango de comportamiento anómalo del agua) es por esta variación de densidad que el agua asciende, desplazando el agua fría que posee una mayor densidad y que a su vez desciende. De este modo se genera el movimiento del fluido, hasta que la temperatura de homogenice dentro del sistema.
Convección Forzada: Este fenómeno se produce gracias a una fuerza motriz como ventiladores quemueven un fluido como el aire tomando una velocidad determinada sobre una superficie de la aleta en este caso que se encuentra a una temperatura determinada por el calor que le entrega la resistencia que puede ser mayor o menor a la del fluido y que en este caso era mayor. Gracias a esta velocidad se puede transferir una mayor cantidad de calor.
Conducción: La conducción es un mecanismo detransferencia de calor que se da en sólidos producto de un gradiente de temperatura por lo cual la energía se transfiere desde la zona con mayor temperatura a una zona de menor, siendo el calor transmitido, proporcional a este gradiente de temperatura. En el laboratorio se observó el fenómeno en la placa de aluminio dado que en el extremo de la placa junto a la resistencia existía una mayor temperaturaque en el otro extremo, por lo cual estaba presente el gradiente de temperatura necesario para que se transfiriese calor proporcionalmente al área y a este gradiente de temperatura.
Radiación: La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una temperatura determinada, se produce directamente desde la fuente hacia afuera en todas las direcciones. Esta energía es producidapor los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y es transportada a través de ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación electromagnética.En la experiencia esta fenomenología se pudo observar gracias a que se dispuso una fuente de radiación y un radiómetro donde la fuente funciona como un cuerpo negro que emitía ondas...