Alvarez Vargas OdetteMendoza Martha Cecilia

IQ203 Secc. D03 Profesor Dr. Luis Emilio Cruz Barba

16 de junio de 2014

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CONVECCION DE CALOR

EN UN FLUIDO

NEWTONIANO

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CONVECCIÓN DE CALOR EN UN FLUIDO NEWTONIANO

ContenidoIntroducción...........................................................................................................................3

Convección térmica...............................................................................................................4

Ley de Fourier........................................................................................................................5

Ejemplos.................................................................................................................................6

Nuestro experimento............................................................................................................7

Conclusión

Fuentes de información

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Introducción

Comenzaremos por explicar algunos conceptos que nos serán útiles a lo largo de este proyecto.

El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo.

Cuando el calor entra en un cuerpo se produce un calentamiento y cuando sale, un enfriamiento. Incluso los objetos más fríos

poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. La temperatura (propiedad

intensiva) es la medición de dicha energía.

Cuando se produce una transferencia de calor, se intercambia energía en

forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo

cuerpo que están a distinta temperatura. El calor siempre viaja de un cuerpo con mayor temperatura a uno de menor y se puede transferir mediante

convección, radiación o conducción.

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Convección térmica

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección.

Cuando un recipiente con agua se calienta, la capa de agua que está en el fondo recibe mayor calor (por el calor que se ha trasmitido por conducción a través de la cacerola); esto provoca que el volumen aumente y, por lo tanto,

disminuya su densidad, provocando que esta capa de agua caliente se desplace hacia la parte superior del recipiente y parte del agua más fría baje hacia el

fondo.

El proceso prosigue, con una circulación continua de masas de agua más

caliente hacia arriba, y de masas de agua más fría hacia abajo, movimientos

que se denominan corrientes de convección. Así, el calor que se trasmite por conducción a las capas inferiores, se va distribuyendo por convección a toda la

masa del líquido.

La transferencia de calor en los gases y líquidos puede efectuarse por conducción. El proceso de convección es el responsable de la mayor parte del calor que se trasmite a través de los fluidos.

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Ley de Fourier

Lo anterior sigue la ley de Fourier que es para la conducción de calor:

Sea J la densidad de corriente de energía (energía por unidad de área y por

unidad de tiempo), que se establece en la barra debido a la diferencia de temperaturas entre dos puntos de la misma. La ley de Fourier afirma que hay una proporcionalidad entre el flujo de energía J y el gradiente de temperatura.

J=K ( δTδx )Siendo K una constante característica del material denominada

conductividad térmica.

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Ejemplos

El calentamiento de una habitación mediante una estufa no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección, que hacen que el

aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la habitación se dirija hacia la estufa.

Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, las estufas

deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima.

De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de las

chimeneas.

La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las

corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta

su superficie.

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Nuestro experimento

Materiales:

Tubo de vidrio de 8 mm de diámetro Soplete Silicón

Lima para cortar vidrio

Agua (fluido newtoniano ó aceite (fluido newtoniano) Colorantes Encendedor Jeringa

Procedimiento:

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Tomamos el tubo de vidrio y lo marcamos con 4 secciones iguales; con mucha precaución encendemos el soplete y calentamos de manera uniforme (girando

el tubo) la división de cada sección y doblamos de preferencia hacia arriba para evitar que se estreche la zona acodada. Unimos los extremos del tubo de vidrio con silicón y con la lima en el centro de la parte superior hacemos una pequeña

avertura. Y listo tenemos nuestro tubo para visualizar las corrientes de convección.

Demostración:

Sujetamos el tubo y lo llenamos completamente del fluido que vayamos a utilizar (no se recomienda usar ciertos fluidos no newtonianos) . Colocamos

colorante con ayuda de una jeringa en la abertura y calentamos en un extremo

inferior. Podremos notar como avanza el fluido haciendo la simulación de una corriente de convección.

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Conclusión

Las moléculas que están en el inferior y tienen contacto directo con la fuente

de calor, adquieren una mayor temperatura, al hacerlo su densidad disminuye, por lo que ascienden a la parte superior haciendo que las moléculas que están

menos calientes (tienen más densidad) bajen. Conviritendosé en un movimiento ciclico.

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Fuentes de información

http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/Calor_y_Temperatura.htm

http://www.profesorenlinea.com.mx/fisica/CalorTransferencia.htm

http://www.cecatherm.com/calefaccion-radiante/radiacion-conveccion-conduccion

http://legacy.spitzer.caltech.edu/espanol/edu/thermal/

transfer_sp13oct01.html

http://www.ecured.cu/index.php/Fluido_newtoniano

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