Coeficiente global de transferencia de calor

Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

Para el coeficiente global de transferencia de calor es necesario saber y conocer los conceptos y formulas de:

□ Transmisión de Calor.
□ Formas de Transmisión de Calor.
□ Conducción.
□ Conductividad Térmica.
□ Conveccion.
□ Conveccion Natural.
□ Conveccion Forzada.
□ Radiación.
□ Coeficiente deTransferencia de Calor.
□ Coeficientes Individuales de Transferencia de Calor.
□ Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

Conceptos básicos para la Transferencia Global de Calor.

1. TRANSMISIÓN DE CALOR

Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores, tratados usualmente demanera independiente. Los procesos de transferencia de calor se relacionan con las razones de intercambio térmico, tales como las que ocurren en los equipos de transferencia de calor, tanto en la ingeniería mecánica como en los procesos químicos.

Un problema típico de procesos de transferencia de calor involucra las cantidades de calor que deben transferirse, las razones a las cuales puedentransferirse debido a la naturaleza de los cuerpos, la diferencia de potencial, la extensión y arreglo de las superficies que separan la fuente y el recibidor, y la cantidad de energía mecánica (física) que debe disiparse para facilitar la transferencia de calor.

Puesto que la transferencia de calor considera un intercambio en un sistema, la pérdida de calor por un cuerpo deberá ser igual al calorabsorbido por otro dentro de los confines del mismo sistema.

Cuando dos objetos que están a temperaturas diferentes se ponen en contacto térmico, el calor fluye desde el objeto de temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja. El flujo neto se produce siempre en el sentido de la temperatura decreciente. Los mecanismos por los que fluye calor son tres: conducción, convección yradiación.

2. Formas de Trasmisión de Calor

□ Conducción
Si existe un gradiente de temperatura en una sustancia el calor puede fluir sin que tenga lugar un movimiento observable de la materia.

En los sólidos metálicos la conducción de calor resulta del movimiento de los electrones no ligados y existe una estrecha relación entre la conductividad térmica y eléctrica.

En sólidos queson malos conductores de la electricidad, y en la mayor parte de los líquidos, la conducción de calor se debe al transporte de la cantidad de movimiento de las partículas individuales a lo largo del gradiente de temperatura.

En gases la conducción se produce por el movimiento al azar de las moléculas, de forma que el calor “difunde” desde las zonas más calientes a las más frías.

Ejemplo: Elejemplo más común de conducción es el flujo de calor en sólidos opacos, tales como la pared de ladrillo de un horno o la pared metálica de un tubo.

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□ Conductividad Térmica

La conductividad térmica es una característica de todo material que representa la resistencia que este ofrece al flujo de calor.

La conductancia es la inversa de la resistencia al calor, y a su vez tienedimensiones de Btu/ (h) (°F), esta es una propiedad característica de todo el material.

Cuando la conductancia se reporta para una cantidad de material de un pie de grueso con un área de flujo de calor de un pie2, la unidad de tiempo 1 hora y la diferencia de temperatura 1 °F, se llama conductividad térmica y se denota con la letra k.

La conductividad térmica varía con la temperatura: pero nosiempre en la misma dirección. La conductividad térmica puede variar para muchos materiales, sobre todo en el caso de los metales, la presencia de impurezas puede provocar variaciones del 50 % al 75 %.

Al usar conductividades térmicas, se debe recordar que la conducción no es el único método de transferencia de calor y que, sobre todo con los líquidos y gases, la radiación y la convección...