estudiante

PROCESOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
LUIS FERNANDO HERRERA DÍAZ
31 de agosto de 2005

Índice general

1. GENERALIDADES
1.1. Conceptos generales. . . . .
1.1.1. Energía. . . . . . . .
1.1.2. Calor. . . . . . . . .
1.1.3. Temperatura. . . . .
1.2. Tipos de calor . . . . . . . .
1.3. Mecanismos de transferencia
1.4. Flujo de calor . . . . . . . .
2. CONDUCCIÓN

.....
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..........
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de calor.
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2.1. Ley de Fourier. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2. La conductividad térmica. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.2.1. Variación de la conductividad térmica con la temperatura. . . . . .16
2.2.2. Conductividades térmicas de alimentos . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.2.3. Per…l de temperaturas en una pared plana. . . . . . . . . . . . . . . 21
2.3. Flujo de calor en paredes compuestas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.1. Paredes en serie . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 24
2.3.2. Paredes en paralelo. . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . 28
2.4. Flujo de calor en cilindros huecos. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
2.5. Flujo de calor en esferas huecas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6. Ecuación general de conducción . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 33
2.6.1. Ecuación general de conducción unidimensional. . . . . . . . . . . . 34
2.6.2. Ecuación generalde conducción en tres dimensiones. . . . . . . . . 35
2.7. Flujo de calor bidimensional en estado estacionario. . . . . . . . . . . . . . 36

ÍNDICE GENERAL

1

3. CONVECCIÓN
44
3.1. Determinación del coe…ciente convectivo. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 47
3.1.1. Modelos para la determinación del coe…ciente convectivo en convección forzada. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . 48
3.1.2. Modelos para la determinación del coe…ciente convectivo en convección natural. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 50
4. CONVECCIÓN Y CONDUCCIÓN EN ESTADO ESTACIONARIO
54
4.1. Cálculo del espesor óptimo para un aislante de tubería. . . . . . . . . . . . 54
4.2. Super…cies extendidas o aletas. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . 58
5. CONVECCIÓN Y CONDUCCIÓN EN REGIMEN NO ESTACIONARIO 69
5.1. Determinación del per…l de temperaturas de un alimento. . . . . . . . . . . 69
5.1.1. Procesos para números de Biot menores a 0.1 . . . . . . . . . . . . 74
5.1.2. Procesos para números de Biot mayores a 0.1 . . . . . . . . . . . . 75

ÍNDICE GENERAL

2

INTRODUCCIÓN
Las diferentes operaciones unitarias que tienenlugar en la industria de alimentos implican la generación y/o absorción de energía, igualmente los procesos de esterilización y
conservación de alimentos requieren de tratamientos térmicos por lo que se hace indispensable para el ingeniero de alimentos el conocimiento de las leyes que rigen el ‡ de calor
ujo
y su aplicación en el diseño y manejo termodinámico de los equipos que se usan en losprocesos alimenticios para la optimización de tan costoso y apreciado recurso energético

introducción

3

NOTACIÓN

log
M

área, L2
número de Biot hL
K
E
capacidad calorí…ca M T
número de Fourier L2
c
entalpia (E )
E
coe…ciente convectivo de transferencia de calor L2 T
E
conductividad térmica LT
conductividad térmica a presión atmosferica ecuación (2.5)
longitud (L)...