Analista en vibraciones

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4. TRANSFERENCIA DE CALOR. 4.1. Importancia y relación con la termodinámica: La importancia de la transferencia de calor en la tecnología es cada vez mayor y los problemas de transferencia de calor que competen al ingeniero son múltiples y de diversas formas, por ejemplo en el diseño de intercambiadores de calor, hornos de fundición, equipos de refrigeración etc., y para cadauno de estos ejemplos mencionados se requiere un análisis especializado para su solución. Aun cuando la termodinámica permite evaluar la transferencia de calor en un sistema al cambiar de un estado a otro, esta no predice el mecanismo por la cual la transferencia de energía se lleva a cabo ni el tiempo o área requeridos en el proceso. 4.2. Termodinámica y transferencia de calor: La Termodinámicaestudia la cantidad de calor cuando el sistema pasa de un estado de equilibrio a otro, mientras que la Transferencia de calor estudia la velocidad de transferencia de calor entre dos sistemas ya sea en equilibrio o de no equilibrio. La transferencia de calor se produce desde el sistema de temperatura alta al sistema de temperatura baja. Cuanto mayor es el gradiente de temperatura mayor es lavelocidad de transferencia de calor. 4.2.1.Energía: La energía se puede clasificar en los siguientes tipos: térmica, mecánica, cinética, potencial, eléctrica, magnética, química y nuclear. Se considera energía interna la suma de la energía cinética y potencial de las moléculas. A temperaturas elevadas las moléculas presentan energía cinética más elevada y, por tanto, mayor energía interna. Un sistema enfase gaseosa presenta mayor energía interna que en fase líquida puesto que las moléculas poseen mayor energía cinética. El calor latente es la cantidad de calor que absorbe o genera una unidad de masa de un material durante una variación de fase. Las Unidades de la energía: Sistema Internacional: Julio (J) 1 Cal = 4,1868 J Sistema anglosajón: BTU (British Thermal Unit). 1 BTU = 1055,6 J4.2.2.Transferencia de energía: La energía se puede transferir desde un sistema a otro mediante dos procesos principales: calor (Q) y trabajo (W). Una interacción energética causada por una diferencia de temperatura, se considera transferencia de calor, de lo contrario es trabajo. 4.2.3.Calor específico: Se define calor específico de una sustancia como la energía necesaria para elevar la temperatura de unaunidad de masa en un grado. Puede ser a volumen constante (Cv) o a presión constante (Cp). Donde Cp ≥ Cv. Y para los gases ideales Cp = Cv + R donde R es la Constante de Boltzman. Las unidades del calor especifico en el SI son: J/(Kg °K). El calor específico es una medida de la Ing. Christian Reyes Córdova Página 1

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capacidad del material para almacenar calor. En general, loscalores específicos dependen de la presión y la temperatura, sin embargo para un gas ideal sólo dependen de la temperatura. A bajas presiones los gases reales se aproximan al comportamiento ideal y, por tanto, sus calores específicos sólo dependen de la temperatura. Los cambios diferenciales en la energía interna (u) y en la entalpía (h) de un gas ideal se pueden expresar como: du=Cv*dT y dh=Cp*dTLos cambios finitos de la energía interna y la entalpía de un gas ideal durante un proceso se pueden aproximar mediante los valores de los calores específicos a la temperatura promedio: Du=CvPromedio*DT y Dh=CpPromedio*DT Para sustancias incompresibles (sólidos y gases) Cv = Cp = C; DU = m * (Cpromedio) * DT 4.3. Transferencia de calor: Es la cantidad de calor transferido durante un proceso sedenota por Q y su unidad en el S.I. es el (J). La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es la velocidad de transferencia de calor que se denota por ̇ y su unidad en el S.I. es el J/s = W. Conocida la velocidad de transferencia de calor se puede determinar la cantidad de calor transferida en un intervalo de tiempo por: ∫ ̇ Pero si ̇ entonces Q = ̇ * dt La velocidad de transferencia de...