Introducción A La Transmisión De Calor

Introducción a la Transmisión de calor

Tema 1. Apuntes

TEMA 1. INTRODUCCIÓN A LA TRANSMISIÓN DE CALOR
1.1. 1.2. 1.3. 1.4. Relevancia de la transmisión de calor y relación con la termodinámica Mecanismos físicos de transmisión de calor Ecuaciones básicas Análisis térmico de sistemas

1.1. RELEVANCIA DE LA TRANSMISIÓN DE CALOR Y RELACIÓN CON LA TERMODINÁMICA
Los procesos de generación yconversión de energía implican la producción de trabajo a partir de un combustible convencional o nuclear; y la energía así obtenida se transforma en trabajo útil mediante diferentes elementos: calderas, turbinas, condensadores, calentadores de aire, precalentadores de agua, bombas, etc. Todo esto lleva consigo el transporte de calor. Además, como todos los procesos naturales son irreversibles,todos ellos implican una disipación de las diversas formas de energía en energía térmica con la consiguiente presencia de procesos de transmisión calorífica. Cuando existe una diferencia de temperaturas, la energía se transmite de la región de mayor a la de menor temperatura en forma de calor. Las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, pero siempre se refieren a sistemas queestán en equilibrio. La termodinámica nos permite determinar la cantidad de energía necesaria en forma de calor (o trabajo) para que un sistema pase de un estado de equilibrio a otro, pero no considera los mecanismos que realizan el intercambio de calor ni los métodos que existen para calcular la velocidad de este intercambio. Podríamos decir que la Termodinámica no reconoce que la transferenciade calor es un proceso de no equilibrio. Se definen dos formas transitorias de energía especialmente importantes: trabajo y calor. Son energías transitorias porque existen sólo cuando hay un intercambio de energía entre dos sistemas o entre un sistema y su entorno. Para que ocurra la transferencia de calor debe existir un gradiente de temperaturas; es decir, un desequilibrio termodinámico. Estatransferencia de calor, que surge en muchos problemas en ingeniería, se debe a una transmisión de energía interna (o de entalpía en procesos de flujo) entre dos sistemas. Cuando hay intercambios de energía interna (o calor) el primer principio de la termodinámica exige que el calor desprendido por un cuerpo sea igual al absorbido por otro. El segundo principio de la termodinámica exige que latransmisión de calor tenga lugar desde el sistema de mayor al de menor temperatura. La ciencia denominada transmisión de calor busca llevar a cabo lo que la termodinámica no puede hacer; es decir, cuantificar la velocidad a la que ocurre la transferencia de calor en función del grado de desequilibrio térmico. Así pues, la transmisión de calor complementa los principios primero y segundo de latermodinámica clásica, proporcionando los métodos de análisis que pueden utilizarse para predecir la velocidad de transmisión del calor (flujo de calor), además de los parámetros variables durante el proceso en función del tiempo. Para un análisis completo de la transferencia de calor es necesario considerar mecanismos fundamentales de transmisión: conducción, convección y radiación. El análisis de lossistemas y modelos de intercambio de calor requieren familiaridad con cada uno de estos mecanismos y sus fundamentos, así como de sus interacciones. En el estudio de la transferencia de calor es importante conocer la distribución de temperaturas en un sistema, ya que siempre hay flujo de calor cuando existe un gradiente de temperatura. En muchos campos de la ingeniería se presenta el problema dedeterminar la distribución de temperaturas y el flujo de calor. Por ejemplo:  en el diseño de intercambiadores tales como calderas, condensadores, radiadores, etc., es esencial hacer un análisis de transferencia de calor para calcular tales equipos.

M. Camarasa, J.M. García

Dpto. Física Aplicada. EUITI

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Tema 1. Introducción

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