Transferencia de calor sensible, calor de cambio de estado y razon de bowen en diferentes interfases

7/28/2019 Transferencia de calor sensible, calor de cambio de estado y razon de bowen en diferentes interfases

1/9

TRANSFERENCIA DE CALOR SENSIBLE (H), CALOR DE CAMBIO DE ESTADO(LE) Y RAZON DEBOWEN() EN DIFERENTES INTERFASES

I. INTRODUCCINTodo tipo de sistema (bosque, campo de cultivo, lago, etc.) durante el da absorbe parte de

radiacin que proviene del sol, de la cual, un porcentaje es nuevamente emitido hacia la

atmsfera bajo la forma de radiacin calorfica, y otra parte queda almacenada para el sistema.

Esta ltima es llamada energa neta (Rn), la cual es usada por el sistema para evaporar agua de

su superficie, para calentar el suelo y para calentar el aire cercano a s mismo. De ese modo los

sistemas se comportan a su vez como almacenes y fuentes de energa.

Por lo general la salida de energa se da en forma de calor sensible (H), calor necesario para

elevar la temperatura del aire, o en forma de calor de cambio de estado (LE), calor necesario

para evaporar el agua, generando una disminucin en la cantidad de agua y temperatura del

sistema.

La cuantificacin y monitoreo de las prdidas de energa por un sistema son importantes, para

conocer la cantidad neta con que dispone, lo cual puede ser de gran importancia si es que se

presenta un sistema vivo, como un campo de cultivo, un bosque. En el caso de un campo de

cultivo puede ser importante para el monitoreo del rgimen de riegos, para el caso de un

bosque puede ser importante para el conocimiento de su microclima y su variacin en el

tiempo.

En la siguiente prctica se determinar la transferencia de calor sensible as como el cambio de

estado o prdida de agua por evapotranspiracin desde un sistema de cultivo (camote).

Tambin se determinar la razn de Bowen en este mismo sistema para conocer si la zona es

seca o hmeda, el balance de radiacin y la prdida de agua del cultivo.

II. OBJETIVOS- Determinar transferencia de calor sensible (H) desde un sistema de cultivo.- Determinar el calor de cambio de estado (LE) o perdida de agua por evapotranspiracin

desde un sistema de cultivo.

- Determinar la razn de Bowen ()en el sistema en consideracin.III. MARCO TEORICO- Flujo de calor sensible (H)

Es la transferencia de energa trmica (calor) a travs de mezcla turbulenta o molecular. Es

proporcional a la capacidad calorfica (CP [J Kg.-1 K-1]), a la densidad del medio ( ) y a las

diferencias verticales de temperatura.

El flujo de calor sensible muestra una clara dependencia de la insolacin diurna. Los valores

mximos se presentan durante el intervalo cuando se registra la temperatura mxima. El flujo


2/9

de calor sensible tiene valores positivos mnimos durante la salida y puesta del sol y es negativo

durante la noche.

Cantidad de calor que absorbe o transfiere una sustancia produciendo un cambio de

temperatura y sin que se produzca un cambio de fase. Depende del movimiento turbulento

dentro de la capa superficial atmosfrica, y de las condiciones de contorno. Est relacionadacon los incrementos o disminuciones de Temperatura del Aire (H), y suelo, agua o Plantas, Esta

energa se denomina sensible porque se puede percibir con un termmetro.

- Razn de Bowen ()La razn de Bowen se define como la razn entre el flujo de calor sensible y el flujo de calor

latente sobre una superficie.

Bowen es ms pequeo para superficies hmedas, donde hay mayor energa para la

evaporacin y ms grande para superficies secas. Tpicamente tiene valores de 5 para regiones

semiridas, 0,5 para prado y bosques, 0,2 sobre zonas de riego y 0,1 sobre el ocano.

- Transferencia de calor Latente (LE)Dentro de un cultivo, los principales intercambios de Calor latente involucran la Evaporacin de

las Aguas desde las hojas (Transpiracin), y desde el suelo, y la condensacin (Formacin de

roco). La evaporacin conjunta (o condensacin) del agua por ambos, hojas y suelo sedenomina Evapotranspiracin, con el smbolo ET. Mientras una superficie se mantenga

hmeda, la evaporacin domina sobre el flujo de Calor Sensible. En climas templados, los

intercambios de calor latente ligados a la congelacin y al deshielo son tambin importantes ya

que la estacin de crecimiento se reduce debido al tiempo necesario para el deshielo de los

suelos en primavera.


3/9

- Balance de radiacin en algunos climas

IV. RESULTADOS- Fecha de datos: 31/05/2013- Tiempo: Soleado y despejado- Cultivo: Camote- Altura del cultivo: 60cm.


4/9

Cuadro 1. Temperatura y velocidad del viento estimada en un periodo de tiempo de 12 a 1

p.m. para el 31 de mayo, para 2 niveles.

Cuadro 2. Cantidad de calor sensible H transferido durante el periodo de tiempo de 12 a

1p.m. para el 31 de mayo.

Horas TemperaturaPotencial

(K)

m h TemperaturaPromedio

(K)

H(cal/min.cm2)

12:11 -1.69520386 0.53165052 0.28265227 294.805372 0.5474253

12:21 -2.33135888 0.51787209 0.2681915 295.51098 0.8999671

12:37 -1.96000797 0.5412327 0.29293283 295.626196 0.66842721

12:52 -2.34883352 0.56316674 0.31715678 295.313961 0.85115283

13:06 -2.13012004 0.63258412 0.40016267 295.625159 0.67610651Promedio 0.72861579

Grfico 1.

NIVELES Z1=0.45 Z2=1.6

Horas U1 Ts Th U2 Ts Th12:11 0.57 22.65 22.51 0.87 20.9611358 20.6912:21 0.44 23.67 22.74 0.77 21.3499299 20.99

12:37 0.54 23.60 22.90 0.88 21.6500842 20.4812:52 0.75 23.48 23.13 1.14 21.1442086 20.2901:06 0.81 23.69 23.13 1.31 21.5643282 20.30

0.5

0.6

0.7

0.8

0.9

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12

H(cal/

min.cm2)

Horas

Perfil temporal de la transferencia de calorsensible H


5/9

Cuadro 3. Cantidad de calor latente LE transferido durante el periodo de tiempo de 12

a 1p.m. para el 31 de Mayo.

Grfico 2.

Grfico 3.

1.2

1.7

2.2

2.7

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12

LE(cal/min.cm2)

Horas

Perfil temporal de la transferencia decalor de cambio de estado LE

Series1

0

0.5

1

1.5

2

2.5

3

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12

CALOR(cal/

min.cm2)

Horas

Balance entre calor de cambio latente (LE) y calorsensible (H)

CALOR SENSIBLE (H)

CALOR DE CAMBIO DE

ESTADO (LE)

Horas m h LLE (cal/min.cm2)

12:11 0.53165052 0.28265227 294.805372 1.45933247

12:21 0.51787209 0.2681915 295.51098 1.4452975612:37 0.5412327 0.29293283 295.626196 2.17044115

12:52 0.56316674 0.31715678 295.313961 2.69913063

13:06 0.63258412 0.40016267 295.625159 2.40860793

Promedio 2.03656195


6/9

Cuadro 4. Razn de Bowen durante el periodo de tiempo de 12 a 1 pm para el da 31 de

Mayo.

Horas

12:11 -1.69 -1.81 -2.86 0.67 0.3838969612:21 -2.32 -1.76 -2.81 0.67 0.64034986

12:37 -1.95 -2.42 -3.84 0.67 0.31469133

12:52 -2.34 -2.85 -4.52 0.67 0.32231032

13:06 -2.12 -2.83 -4.48 0.67 0.28668725

Promedio 0.38958714

Grfico 4.

Cuadro 5. Clculo del balance de energa

Hora H LE RN12:11 0.54742531 1.45933247 2.00675778

12:21 0.8999671 1.44529756 2.3452646612:37 0.66842721 2.17044115 2.83886836

12:52 0.85115283 2.69913063 3.55028346

13:06 0.67610651 2.40860793 3.08471444

PROMEDIO 0.72861579 2.03656195 2.76517774

0

0.1

0.2

0.3

0.4

0.5

0.6

0.7

12:00 12:14 12:28 12:43 12:57 13:12

RazondeBowen

Horas

Variacin temporal de la razon deBowen

B


7/9

Cuadro 6.Clculo de la cantidad de agua perdida por el sistema durante el periodo de tiempo

de medicin

Horas L LE Masa(gr/cm2.min)

12:11 585.088992 1.45933247 0.002494212:21 584.693851 1.44529756 0.002471912:37 584.62933 2.17044115 0.0037125

12:52 584.804182 2.69913063 0.0046154

13:06 584.629911 2.40860793 0.0041199

Total 0.0034828

V. DISCUSIONESEn el cuadro 1 se puede observar datos de velocidad del Viento, temperatura del bulbo seco ytemperatura del bulbo hmedo para 2 Niveles, 0.45 y 1.60m, los cuales fueron usados para la

estimacin de la cantidad de calor sensible H y calor latente LE, transferida desde nuestro

sistema hacia la atmsfera. En los datos presentados se puede observar el comportamiento

general de las variables, donde la velocidad del viento se incrementa con la altura, y ambas

temperaturas disminuyen con el incremento de la altura. Se puede visualizar adems que las

mximas temperaturas se alcanzan en el medio da, donde generalmente se presenta el mayor

valor de radiacin solar.

En el cuadro 2 se puede observar el clculo de la cantidad de calor sensible H, transferida por el

sistema en estudio durante el periodo de tiempo comprendido entre las 12:00 y la 1:00pm,

cuyo valor promedio es 0.72861579 cal/min.cm2. Esta cantidad de calor corresponde a la

cantidad de energa destinada al calentamiento del aire circundante al sistema. Este valor es

mucho menor que la Radiacin Incidente que es alrededor de 3 cal/min.cm2

(valor terico).

En el grfico 1 se puede observar la variacin temporal de la transferencia de calor sensible H,

durante las horas de medicin. Se puede visualizar que los mximos valores de transferencia de

calor sensible se presentan a las 12:21 y alrededor de las 12:52, horas donde se presentan las

mximas temperaturas registradas. Esto se justifica porque la transferencia de calor sensible

est estrechamente relacionada con la temperatura del medio, cuando esta disminuye, el calorsensible tambin lo har y alcanza sus mximos valores cuando se presenta la temperatura

mxima, est a su vez depende de la insolacin diurna.

En el cuadro 3 se pueden observar los datos del clculo de la cantidad de calor latente o calor

de cambio de estado, transferida por el sistema durante el periodo de tiempo de medicin

(12:00-1:00pm), cuyo valor promedio es de 2.03656195 cal/min.cm2. Esta energa es usada por


8/9

el sistema para los procesos de evapotranspiracin (evaporacin del agua y transpiracin por

las plantas).

En el grfico 2 se muestra la variacin temporal de la Transferencia de Calor Latente (LE),

durante el tiempo de medicin. Se puede visualizar en el grfico que los menores valor de esta

variable, se presentan en horas donde la transferencia de calor Sensible es mayor alrededor de

las 12:21. Esto debido a que ambas magnitudes en su conjunto deben constituir un buen

porcentaje de la cantidad de radiacin Incidente y si una es alta la otra debe ser baja para

compensar. Lo antes mencionado se puede visualizar de mejor manera en el grfico 3 donde se

muestra una comparacin temporal de ambas parmetros, donde ambas muestran

comportamientos aproximadamente opuestos. Aunque generalmente la transferencia de calor

sensible H, es mayor que la cantidad de calor latente LE, en algunos zonas donde hay

condiciones hmedo-seco, o en campos de cultivo, como es el caso, la energa destinada a la

evapotranspiracin es dominante a la requerida para elevar la temperatura del aire.

En el cuadro 4 se puede observar el clculo de la razn de Bowen durante el periodo de tiempo

de 12 a 1 pm, cuyo valor promedio es de 0.38958714, el cual corresponde a zonas de riego

(localidad hmeda), donde hay mayor energa para la evaporacin.

En el grfico 4 se muestra la variacin horaria de la razn de Bowen de nuestro sistema, se

puede observar que el mximo valor se da a las 12:21 pm con un valor de 0.65, el cual hace

referencia a zonas de para prados y bosques, no concordando con nuestra zona de trabajo. Esto

puede deberse a los vientos provenientes de los suelos desnudos con poca humedad ubicados

en los alrededores del campo. En las dems horas de medicin podemos encontrar valores en

promedio de 0.3 para la razn de Bowen que concuerdan con la condicin de nuestro sistema

(zona de riego).

En el cuadro 5, se presenta el clculo de balance de energa donde se puede apreciar que el

valor promedio de energa disponible para nuestro sistema es de 2.76517774 cal/min.cm2, esta

energa es utilizada principalmente para cambiar el estado del agua, y en campos de cultivos es

principalmente para la evapotranspiracin ms que para calentar el aire.

El periodo de tiempo en el cual se realizaron las mediciones corresponde a las horas de 12 a 1

pm, en las cuales se dan los mayores valores de radiacin solar, es decir llega ms energa

proveniente del sol que genera una mayor cantidad de energa disponible para el sistema

En el cuadro 6 se presenta el clculo en forma horaria de la cantidad de agua cedida por el

sistema. Dado que el sistema en el que se trabajo es un campo de cultivo, donde no hay

ninguna forma slida del agua, el cambio de estado que se presenta, sera la evaporacin del

agua. El resultado promedio obtenido fue 0.0034828 gr. /cm2.min., que aunque aparentemente

no resulta ser significativo, si se considera toda la extensin del terreno y todo un da (24


9/9

horas), el valor de prdida resulta mayor, y considerable para establecer por ejemplo los

periodos de riego.

VI. CONCLUSIONES- La cantidad de calor sensible H transferida durante el periodo de medicin tuvo comopromedio 0.72861579 cal/min.cm2.- La cantidad de calor latente LE transferida durante el periodo de medicin tuvo como

promedio 2.03656195cal/min.cm2.

- La cantidad de agua perdida por el sistema durante el durante periodo de medicin fuede 0.0034828 gr. /cm

2.min.

- La transferencia de Calor Sensible (H) para nuestro sistema, presenta sus mximosvalores a las 12:21, hora en las que se registraron las mayores temperaturas.

- El balance de radiacin para nuestro periodo de toma de datos fue positivo debido a losmayores valores de radiacin solar que se suelen dar en estas horas (12 a 1pm).

- Nuestro balance de radiacin nos indica disponibilidad de energa para elevar latemperatura del aire y realizar evapotranspiracin, y para nuestro sistema el calor de

cambio de estado resulto ser mayor que el calor sensible debido a que este es un rea

de cultivo.

- Segn los datos obtenidos el flujo de los trminos de nuestro balance de energa esdesde nuestro sistema hacia la atmsfera, lo cual conlleva a prdida de energa por

parte de nuestro sistema.

VII. BIBLIOGRAFIA

- http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_28/108/03_327_336.pdfhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/

n5810/n5810007.htm

- http://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=false

- http://www.limnetica.com/Limnetica/Limne2/Limnetica-vol2-pag1-9.pdf
http://www.accefyn.org.co/revista/Vol_28/108/03_327_336.pdfhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://www.limnetica.com/Limnetica/Limne2/Limnetica-vol2-pag1-9.pdfhttp://www.limnetica.com/Limnetica/Limne2/Limnetica-vol2-pag1-9.pdfhttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://books.google.com.pe/books?id=jYTLv1muPa4C&pg=PA159&dq=flujo+de+calor+sensible#v=onepage&q=flujo%20de%20calor%20sensible&f=falsehttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://rammb.cira.colostate.edu/wmovl/VRL/Tutorials/euromet/courses/spanish/nwp/n5810/n5810007.htmhttp://www.accefyn.org.co/revista/Vol_28/108/03_327_336.pdf

Documents

Transferencia de calor sensible, calor de cambio de estado y razon de bowen en diferentes interfases