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  • UNIVERSIDAD DE EL SALVADOR

    FACULTAD DE INGENIERA Y ARQUITECTURA

    ESCUELA DE INGENIERA MECNICA

    CICLO I/2014

    ASIGNATURA: transferencia de calor

    DOCENTE: Ing. Gustavo Salomn Torres Ros Lazo

    TEMA: conveccin natural y forzada tanto flujo laminar como flujo turbulento e interno aplicada a la red de

    trasformadores de la industria elctrica de nuestro pas.

    INTEGRANTES:

    GOMEZ GOMEZ JACOBO DE JESUS CARNET: GG10026

    BELTRN ROMERO RENE ARMANDO CARNET: AP0803

    LANDAVERDE VALTE KEVIN ALEJANDRO CARNET: LV11002

    CIUDAD UNIVERSITARIA, VIERNES 04 DE ABRIL DE 2014

  • 2

    NDICE.

    INTRODUCCIN-----------------------------------------------------------------------------------------------------.----- pg. 3

    OBJETIVOS ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 4

    LA CONVECCIN---------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 5

    CONVECCIN FORZADA------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 5

    TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA PLACA PLANA CON CONVECCIN FORZADA EN RGIMEN LAMINAR.--------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 5 ANALOGA ENTRE LA TRANSFERENCIA DE CALOR Y LA FRICCIN--------------------------------- pg. 10 TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA PLACA CON CONVECCIN FORZADA EN RGIMEN TURBULENTO. --------------------------------------------------------------------------------------------------pg. 11 TRANSFERENCIA DE CALOR EN UN DUCTO CIRCULAR CON RGIMEN LAMINAR DONDE LA DENSIDAD DE CALOR ES CONSTANTE.-- ------------------------------------------------------------- --- pg. 13 FRMULAS EMPRICAS PARA CONVECCIN FORZADA EN TUBOS-------------------------------- pg. 18 FRMULAS EMPRICAS PARA CONVECCIN FORZADA SOBRE TUBO----------------------------- pg. 19

    CONVECCIN NATURAL----------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 21

    PARMETROS ADIMENSIONALES------------------------------------------------------------------------- pg. 21

    FRMULAS PARA LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIN NATURAL EN UNA PLACA

    VERTICAL.------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 24

    FRMULAS PARA CONVECCIN NATURAL EN OTRAS GEOMETRAS.---------------------------- pg. 24

    APLICACIONES EN TRANSFORMADORES.-------------------------------------------------------------------------- pg. 26

    TRASFORMADOR----------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 26 CALENTAMIENTO DEL NCLEO Y LOS DEVANADOS--------------------------------------------------- pg.31

    CUBA DE ACEITE COMO REFRIGERANTE DEL TRANSFORMADOR--------------------------------- pg. 32

    REFRIGERACIN POR AIRE---------------------------------------------------------------------------------- pg. 34

    REFRIGERACIN POR ACEITE------------------------------------------------------------------------------- pg. 34

    TEMPERATURAS MXIMAS ADMISIBLES SEGN LOS ESTNDARES INTERNACIONALES DE

    FABRICACIN RELACIONADA CON EL AISLAMIENTO UTILIZADO.-------------------------------- pg. 35

    CLASIFICACIN DE LOS MATERIALES AISLANTES.---------------------------------------------------- pg. 37

    EFECTO DE LA TEMPERATURA SOBRE EL PLAZO DE SERVICIO DEL TRANSFORMADOR----- pg. 38 CAPACIDAD DE CARGA DE UN TRANSFORMADOR RELACIONADA CON LA TEMPERATURA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 39 CONTROL DE TEMPERATURA Y PROTECCIN TRMICA DEL TRANSFORMADOR-------------- pg. 40

    CONCLUCIONES ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 41

    RECOMENDACIONES --------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 42

    ANEXOS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- pg. 43

    BIBLIOGRAFIA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ pg. 47

  • 3

    INTRODUCCIN

    En la experiencia del diario vivir podemos observar que la conveccin se produce en la naturaleza

    como algo parte de ella y es a la que en los anlisis de transferencia de calor se le llama conveccin

    natural siendo de mucha importancia ya que sirve para refrigerar un ejemplo es nuestro cuerpo ya

    que la transferencia de calor por conveccin ayudara a nuestro cuerpo a disipar el calor extra que

    tenemos aunque presente y fcil de obtenerse existe una conveccin artificial que se crea por

    medios que forzan al fluido a circular por el espacio que lo rodea a una velocidad mucha ms grande

    que la velocidad a conveccin natural dando as una mejor disipacin del calor porque este incremento

    de velocidad ayudara en mejor proporcin a que la taza de flujo de calor crezca teniendo una mejor

    efectividad demostrando la importancia y su diferencia pero sabiendo que la conveccin es un proceso

    que se origina por un cambio de densidades en el fluido estudiado que tal cambio se da por un cambio

    de perfiles en la temperatura lo que es la fuerza impulsora de la transferencia de calor es por eso que

    la conveccin es un mecanismo de esta transferencia tan importante ya que de no existir en la vida

    muchas de las cosas conocidas no tendran sentido o el funcionamiento de estas fuera inadecuado

    todo siendo parte de un diseo Perfecto Minuciosamente Diseado, la trasferencia de calor es muy

    importante en el estudio ingenieril por esa razn se han diseado ecuaciones empricas que explican

    los fenmenos de la conveccin natural como la conveccin forzada se muestran el desarrollo de

    dichas ecuaciones y su aplicacin en diferentes estados y sus tipos de flujos como flujo laminar,

    turbulento. Se mencionaran aplicaciones de la conveccin natural y forzada en la industria elctrica

    aplicada a los trasformadores que son sometidos a conveccin natural con un refrigerante natural que

    es el aire del ambiente como refrigerantes que son aceites dielctricos y tanto la conveccin forzada

    que es un agente externo el que la realiza como intercambiadores de calor que se encarga de

    mantener la temperatura de funcionamiento de los transformadores, y se puede mencionar los tipos

    de refrigerante que estn destinados a la cantidad de potencia en KVA de los trasformadores pues as

    son los requerimientos para grandes potencias. Todos estos fluidos utilizados en la conveccin de los

    trasformadores causan impactos ambientales en forma de calor hacia el ambiente y algunos son

    cancergenos y venenosos para los humanos.

  • 4

    OBJETIVOS

    OBJETIVO GENERAL.

    Identificar los tipos de trasferencia de calor por conveccin forzada, natural en flujo laminar y

    turbulento y su aplicacin en la industria elctrica orientada a trasformadores.

    OBJETIVOS ESPECFICOS.

    Conocer las ecuaciones fundamentales que rigen la conveccin forzada y natural.

    Identificar los tipos de refrigerantes utilizados para evacuar el calor en los trasformadores.

    Analizar los efectos de la temperatura en la vida del trasformador y el mal desempeo que

    ejecuta cuando estn operando a temperaturas fueras del rango de funcionamiento.

  • 5

    LA CONVECCIN

    La conveccin es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce

    por medio de un fluido (lquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas.

    La conveccin se produce nicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama conveccin en

    s, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por

    medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que est en contacto con la parte de abajo de

    la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que est en la superficie, desciende, ocupando

    el lugar que dej la caliente.

    La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscpicos de porciones calientes y fras de un gas o un lquido. Se incluye tambin el intercambio de energa entre una superficie slida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecnico (conveccin mecnica, forzada o asistida).

    En la transferencia de calor libre o natural un fluido es ms caliente o ms fro y en contacto con una superficie slida, causa una circulacin debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.

    La transferencia de calor por conveccin se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

    = ( ) 001

    Donde es el coeficiente de conveccin (o coeficiente de pelcula), es el rea del cuerpo en

    contacto con el fluido, es la temperatura en la superficie del cuerpo y es la temperatura del

    fluido lejos del cuerpo.

    TIPOS DE CONVECCIN

    CONVECCIN FORZADA (flujo laminar y turbulento)

    CONVECCIN NATURAL (flujo laminar y turbulento)

    CONVECCIN FORZADA

    TRANSFERENCIA DE CALOR EN UNA PLACA PLANA CON CONVECCIN FORZADA EN RGIMEN

    LAMINAR.

    Hasta ahora se ha supuesto conocido el coeficiente de transferencia de calor h en todos los anlisis que

    hemos realizado. Sin embar