jueves, 21 de mayo de 2009

PROBLEMA Y EJEMPLO DEL SITEMA DE ENFRIAMIENTO DE UN AUTOMOVIL






































Un radiador es un objeto intercambiador de calor, que aporta calor a otro objeto, o bien, a lugar, sin contar con la presencia de llamas. En el ámbito de los automóviles con motores de combustión interna, el radiador se conecta a canales desde el motor y la cabeza de cilindros, desde donde se bombea un líquido, típicamente una mezcla de agua con un anti-congelante. La idea es que el fluido circule por el motor, disipando el calor y llevándolo hacia el radiador, que a su vez disipa el calor usando el aire que entra por la toma delantera del vehículo; todo esto enfría el motor, lo cual es su fin.
Ahora hablando más genéricamente, fuera del ámbito automotriz, el funcionamiento de un radiador se basa en la diferencia de temperatura entre su superficie y el ambiente en el que se encuentra, pero además tiene gran influencia la cantidad de superficie expuesta del radiador en dicho ambiente. Lo anterior se explica ya que, al haber una superficie mayor de intercambio y mayor es la diferencia de temperatura, entonces, mayor será el intercambio de calor .

Como se mencionaba en un principio, el radiador aporta calor a un objeto o a un ambiente sin contar con llamas o fuego. Esto, debido a que un radiador no posee procesos de combustión directa, sino que el calor que irradia proviene del exterior a través de tuberías que transportan agua caliente, la que ha tomado su temperatura en una caldera situada en algún otro lugar. Es por todo lo anterior que no se debe confundir a un radiador con una estufa.
Como se dice que un radiador no es lo mismo que una estufa, entonces hay que tomar en cuenta que otra de las diferencias radica en que, además de no producir su propio calor, el radiador no emana gases ni ningún tipo de otras sustancias, cosa que si puede ocurrir en el lugar en el que se produce la energía eléctrica.
El mantenimiento de un radiador es bastante importante. Es necesario hacer una revisión una vez al año a fin de evitar la acumulación de gases en su interior, que obstaculizarían la entrada del agua caliente a ciertas partes del radiador, así como también, la revisión de las llaves de paso con las que debe contar, una para la entrada del agua caliente y otra para la salida de agua fría; llaves que permiten el equilibrio hidráulico.

VISITA A TALLER PROPIO

BUENO PROFESOR ME ATREVI A TOMAR COMO REFERENCIA MI TALLER PUES EN COMPAÑIA DE OTROS COMPAÑEROS NOS DIMOS A LA TAREA DE ANALIZAR EL FUNCIONAMIENTO DEL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE UN AUTOMOVIL QUE ES UNO DE LOS INTERCAMBIADORES MAS CONOCIDOS POR CASI TODA LA GENTE QUE TENEMOS UN AUTOMOVIL EN CASA BUENO MAS QUE NADA QUISIERA EXOPLICAR EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO TAL Y COMO ES CUALES SON SUS COMPONENTES Y TODO ESO QUE LO HACE FUNCIONAR MAS QUE NADA.
BUENO PRIMERAMENTE PONGO A SU DISPOSICION LAS PUERTAS DEL TALLER QUE SE ENCUENTRA UBICADO EN LA FRANCISCO MARQUEZ CASI ESQUINA CON INSURGENTES A UN COSTADO DE LA HONDA.
BUENO EL SISTEMA DE ENFRIAMIENTO DE UN AUTOMOVIL EN SI ES EL RADIADOR PERO ESTE EJERCE SU FUNCIONAMIENTO GRACIAS A LA BOMBA DEL AGUA, TERMOSTATO,LINEAS Y MANGUERAS QUE PERMITEN EL FLUIDO DEL AGUA JUNTO CON EL ANTICONGELANTE, ES UN PROCESO CERRADO O EN RECIRCULACION MAS QUE NADA PORQUE EL RADIADOR ES LLENADO DE AGUA PERO NO EN UN 100% PUES MAS QUE NADA UNA DE LAS PORCIONES MAS ELEVADAS ESTA SITUADA EN EL MOTOR EL CUAL REQUIERE DE AGUA PARA QUE NO SURGA UN RECALENTAMIENTO Y PUEDA AFECTAR OTRAS PARTES EN EL FUNCIONAMIENTO DE ESTE CABE MENCIONAR QUE GRACIAS A LA BOMBA DE AGUA ESTA PERMITE EL ACCESO AL AGUA A DETERMINADA PRESION PUES ESTA LA GENERA Y EL TERMOSTATO NOS SIRVE COMO UN TERMOMETRO QUE PERMITE EL PASO DEL FLUIDO A RAZON DE CIERTA TEMPERATURA DEL AUTOMOVIL O BIEN EL MOTOR DE 4 CICLOS PUES ES AHORA SI QUE ACTUE EL IINTERCAMBIADOR DE CALOR PARA QUE SE MEZCLE UN LIQUIDO A UNA TEMPERATURA X CON EL MISMO LIQUIDO A TEMPERATURA Y ENTONCES ENTRA UNA PARTE DEL LIQUIDO AL RADIADOR Y LA OTRA AL MOTOR , LA QUE SE SITUO EN EL RADIADOR TIENDE A SER ENFRIADA POR MEDIO DE UN ABANICO PARA POSTERIORMENTE VOLVER A HACER EL MISMO CICLO UNA Y OTRA VEZ ES LO MAS PRACTICO CON LO QUE SE PUEDE ENTENDER MAS QUE NADA EL FUNCIONAMIENTO DE UN INTERCAMBIADOR DE CALOR.

lunes, 2 de marzo de 2009

transferencia de calor por conduccion

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor.
Ley de Fourier
Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).
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.
Siendo K una constante característica del material denominada conductividad térmica.
Figura 1 Elemento diferencial que transfiere calor por conducción
Consideremos un elemento de la barra de longitud dx y sección S. La energía que entra en el elemento de volumen en la unidad de tiempo es JS, y la que sale es J’S. La energía del elemento cambia, en la unidad de tiempo, en una cantidad igual a la diferencia entre el flujo entrante y el flujo saliente.
Esta energía, se emplea en cambiar la temperatura del elemento. La cantidad de energía absorbida o cedida (en la unidad de tiempo) por el elemento es igual al producto de la masa de dicho elemento por el calor específico y por la variación de temperatura.
Igualando ambas expresiones, y teniendo en cuenta la ley de Fourier, se obtiene la ecuación diferencial que describe la conducción térmica
Solución analítica
Supongamos una barra metálica de longitud L, conectada por sus extremos a dos focos de calor a temperaturas Ta y Tb respectivamente. Sea T0 la temperatura inicial de la barra cuando se conectan los focos a los extremos de la barra.
Figura 2 Barra metálica expuesta a un gradiente de temperatura.
Al cabo de cierto tiempo, teóricamente infinito, que en la práctica depende del tipo de material que empleamos, se establece un estado estacionario en el que la temperatura de cada punto de la barra no varía con el tiempo. Dicho estado está caracterizado por un flujo J constante de energía. La ley de Fourier establece que la temperatura variará linealmente con la distancia x al origen de la barra.
La temperatura en cualquier punto x a lo largo de la barra, en un instante determinado, T(x, t) es la solución de la ecuación diferencial, que es una combinación de dos términos, la que corresponde al régimen permanente más la del régimen transitorio.
Las condiciones de contorno, es decir, la temperatura T0 en el instante inicial (t=0), y las temperaturas en los extremos Ta (para x=0) y Tb (para x=L) que permanecen invariables, nos permiten obtener los valores de los coeficientes kn
Para n par
Para n impar

Así, la temperatura en cualquier punto de la barra x, en un instante t, se compone de la suma de un término proporcional a x, y de una serie rápidamente convergente que describe el estado transitorio.
El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analógicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría complicada.
La conductividad térmica es una propiedad intrínseca de los materiales que valora la capacidad de conducir el calor a través de ellos. El valor de la conductividad varía en función de la temperatura a la que se encuentra la substancia, por lo que suelen hacerse las mediciones a 300 K con el objeto de poder comparar unos elementos con otros.
Es elevada en metales y en general en cuerpos continuos, y es baja en los gases (a pesar de que en ellos la transferencia puede hacerse a través de electrones libres) y en materiales iónicos y covalentes, siendo muy baja en algunos materiales especiales como la fibra de vidrio, que se denominan por eso aislantes térmicos. Para que exista conducción térmica hace falta una sustancia, de ahí que es nula en el vacío ideal, y muy baja en ambientes donde se ha practicado un vacío elevado.
En algunos procesos industriales se trabaja para incrementar la conducción de calor, bien utilizando materiales de alta conductividad o configuraciones con un elevado área de contacto. En otros, el efecto buscado es justo el contrario, y se desea minimizar el efecto de la conducción, para lo que se emplean materiales de baja conductividad térmica, vacíos intermedios, y se disponen en configuraciones con poca área de contacto.
Coeficientes λ para distintos materiales

Acero
47-58
Corcho
0,04-0,30
Mercurio
83,7
Agua
0,58
Estaño
64,0
Mica
0,35
Aire
0,02
Fibra de vidrio
0,03-0,07
Níquel
52,3
Alcohol
0,16
Glicerina
0,29
Oro
308,2
Alpaca
29,1
Hierro
1,7
Parafina
0,21
Aluminio
209,3
Ladrillo
0,80
Plata
406,1-418,7
Amianto
0,04
Ladrillo refractario
0,47-1,05
Plomo
35,0
Bronce
116-186
Latón
81-116
Vidrio
0,6-1,0
Cinc
106-140
Litio
301,2
Cobre
372,1-385,2
Madera
0,13


La tabla que se muestra a la derecha de este texto se refiere a la capacidad de ciertos materiales para transmitir el calor. El coeficiente de conductividad térmica (λ) representa la cantidad de calor (energía) necesaria por unidad de tiempo medida en vatios por metro cuadrado de superficie que debe atravesar en forma perpendicular, para que atravesando durante la unidad de tiempo, un espesor de 1 m de material homogéneo se obtenga una diferencia de 1 °C de temperatura entre sus dos caras. Todo ello en un sistema que se encuentra en estado estacionario o sea donde el campo de temperaturas no varía a lo largo del tiempo. La conductividad térmica se expresa en unidades de W/m·K (J/s · m · °C).
La conductividad térmica también puede expresarse en unidades de British thermal units por hora por pie por grado Fahrenheit (Btu/h·ft·ºF). Estas unidades pueden transformarse a W/m·K empleando el siguiente factor de conversión: 1 Btu/h·ft·ºF = 1,731 W/m·K.