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Transferencia de Calor

Curso Ingeniería en Biotecnología, 2010

Prof. Miguel López Leiva

Transferencia de calor

La transferencia de calor es el proceso por el que cual se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.

El calor puede transferirse por tres mecanismos: conducción, conveccióny radiación.

Conducción

Una molécula que vibre a mayor frecuencia que su entorno transmitirá parte de su energía cinética a esta vecinas. No por esto cambiará la molécula su posición. Este mecanismo es el que se llama transferencia de calor por conducción y sucede principalmente en medios sólidos, aun cuando también puede estar presente en la transmisión de calor de medios fluidos.Convección

La convección sucede cuando masas de fluídos calientes se mezclan con otras de menor temperatura, permitiendo de esta manerauna transferencia de calor.

-la convección será natural, si el movimiento es producido naturalmente por la diferencia de densidades entre moléculas calientes frías, o

-forzada, si hay una fuerza exterior que la produce (ejemplo, agitador,ventilador).

Radiación

Es la transferencia de calor debido a radiación electromagnética, generalmente infrarroja, como en el calor que recibimos del sol, pero también otros tipos como las microondas.

Recordemos que, como cualquier otro proceso, la transmision de calor puede ocurrir en estado transiente o estacionario, dependiendo de si los perfiles de temperatura cambien o no con el tiempo.

Esdifícil que en un proceso real la transferencia de calor se efectúe por medio de sólo uno de estos mecanismos. Lo más común en ingeniería es la co-existencia en serie de los mecanismos de convección y conducción.

Ejemplo Conducción

En el siguiente ejemplo estudiaremos este mecanismo en el caso de la transferencia de calor a través de la pared de una habitación.

[pic]
Figura 2,Perfiles de temperatura en una pared de una habitación. El calor se pierde a través de la muralla, por conducción.

Para el caso de transmisión de calor por conducción en estado estacionario, usamos la ecuación de Fourier
[pic] (1)

Ecuación de Fourier para transferencia de calor por conducción donde,
k = conductividad térmica (W/mK)
dT/dx = gradiente de temperatura(K/m)
A = Área (m2)
q = flujo de calor [W]

k, la conductividad térmica, es un parámetro físico, característico para cada material, que puede ser obtenido de tablas o calculado para algunos casos simples.

La ecuación (1) la podemos escribir de la siguiente manera para recalcar la forma flujo = fuerza impulsora / Resistencia. Al escribirla como diferencias en ves dedierenciales, podemos ademas evitar el signo menos

[pic] (2)

Tabla 1. Valores de k, conductividad térmica para distintos materiales

|Material |k, conductividad térmica, (W/m K)|
|Metales |50-500 |
|Aleaciones |10-150 ||Materiales de construcción |0,1-4 |
|Ladrillo |0,70 |
|Aislantes |0,03-0,05 |
|Material de empaques |0,1-0,5 |
|Madera, pino|0,15 |
|Vapor de agua, saturado |0,024-0,039 |
|Agua líquida (0..10 oC) |0,56-0,68 |
|Hielo (-20 … 0oC) |2,4-2,2 |
|Aire (-20 …+250 oC) |0,023-0,040 |

De...
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