Introducci N Secciones 3 Y 4 McCabe

SECCION

TRES
TRANSMISION DE CALOR
Y SUS APLICACIONES

Prácticamente en todas las operaciones que realiza el ingeniero químico interviene la producción o absorción de energía en forma de calor. Las leyes que rigen
la transmisión de calor y el tipo de aparatos, cuyo
principal es el control del
flujo de calor, tienen, por tanto, una gran importancia. Esta sección del libro está
dedicada a latransmisión de calor y sus aplicaciones en los procesos de ingeniería.
Naturaleza del flujo de calor. 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 el calor sontres: conducción, convección y radiación.
Si existe un gradiente de temperatura en una sustancia el calor
puede fluir sin que tenga lugar un movimiento observable de la materia. El flujo
de calor de este tipo recibe el nombre de conducción. En sólidos metálicos la
conducción del calor resulta del movimiento de los electrones no ligados y existe
una estrecha relación entre la conductividad térmica yla conductividad eléctrica.
En los sólidos que son malos conductores de la electricidad, y en la mayor parte
de los líquidos, la conducción del calor se debe al transporte de la cantidad de
movimiento de las moléculas 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 regiones máscalientes hasta otras más
frías. El ejemplo más común de conducción es el flujo de calor en sólidos opacos,
como la pared de ladrillo de un horno o la pared metálica de un tubo.
Conducción.

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OPERACIONES UNITARIAS EN INGENIERIA QUIMICA

Convección.
Cuando una corriente o una partícula macroscópica de fluido cruza una superficie específica, tal como el límite de un volumen de control,lleva
consigo una determinada cantidad de entalpía. Tal flujo de entalpía recibe el
de calor o simplemente convección. Puesto que la
nombre de flujo
convección es un fenómeno macroscópico, solamente puede ocurrir cuando actúan fuerzas sobre la partícula o la corriente de fluido y mantienen su movimiento frente a las fuerzas de fricción. La convección está estrechamente relacionada
con la mecánica defluidos. De hecho, desde el punto de vista termodinámico, la
convección no es considerada como un flujo de calor sino como una densidad de
flujo de entalpía. La identificación de la convección con el flujo de calor es una
cuestión de conveniencia, debido a que en la práctica es difícil separar la convección de la conducción verdadera cuando ambas se engloban conjuntamente bajo
el nombre deconvección. Ejemplos de convección son la transferencia de entalpía
por los remolinos del flujo turbulento y por la corriente de aire caliente que
circula a través y hacia fuera de un radiador ordinario.
Convección natural y forzada. Las fuerzas utilizadas para crear las corrientes de
convección en los
son de dos tipos. Si las corrientes son la consecuencia de
las fuerzas de flotación generadas pordiferencias de densidad, que a su vez se
originan por gradientes de temperatura en la masa del fluido, la acción recibe el
nombre de convección natural. El flujo de aire a través de un radiador caliente es
un ejemplo de convección natural. Si las corrientes se ponen en movimiento por
la acción de un dispositivo mecánico, tal como una bomba o un agitador, el flujo
es independiente de los gradientes develocidad y recibe el nombre de convección
forzada. El flujo de calor hacia un fluido que se bombea a través de una tubería
caliente es un ejemplo de convección forzada. Los dos tipos de fuerzas pueden ser
activas simultáneamente en el mismo fluido, teniendo lugar conjuntamente convección natural y forzada.
Radiación.
Radiación es la palabra que se utiliza para designar la transmisión
de energía...