Principioas Basicos De La Transmision De Calor

TEMA 1.- Principios básicos
CONTENIDOS DEL TEMA 1.1 Objetivos del tema 1.2 Mecanismos de transmisión de calor 1.3 Coeficientes individual y global 1.4 Diferencia media de temperatura 1.5 Medida de la temperatura

TEMA 1.- Principios básicos OBJETIVOS
1. Enumerar al menos diez situaciones en las que se produzca transferencia de calor 2. Explicar el significado de términos como: calor,conducción, convección, radiación, coeficiente individual de transmisión de calor, coeficiente global de transmisión de calor, flujo en contracorriente, flujo en paralelo, perfil de temperatura, resistencia térmica 3. Conocer el principio de funcionamiento y el intervalo de aplicación de cuatro instrumentos de medida de temperatura

1.1 ¿Qué es el CALOR ? Primer Principio de la Termodinámica: ∆U = q +w Es una forma de transmisión de energía desde un sistema a los alrededores, o entre dos sistemas, que surge como consecuencia de una diferencia de temperaturas Fuerza impulsora: diferencia de temperaturas
q |=| Energía/Tiempo=J/s = W

Tcaliente

Tfrío

Estudio de procesos de transmisión de calor:
Dos aspectos complementarios: -Cantidad de energía aportada Balance de energía (1erPrincipio Termodinámica) -Tiempo necesario para transmitir ese calor Fenómenos de transporte
q |=| Energía/Tiempo=J/s = W

Algunos procesos industriales con transmisión de calor
1. Aporte o eliminación de calor con la velocidad deseada. En columnas de destilación (calderín o ebullidor, condensador) En reactores químicos 2. Recuperación de calor entre corrientes 3. Producción de calor: en hornos,calderas… a partir de combustibles, líquidos, sólidos o gaseosos. Procesos complejos Métodos semiempíricos

1.2 Mecanismos de transmisión de calor

CONDUCCIÓN: Transporte molecular CONVECCIÓN: Transporte asociado a un flujo de materia RADIACIÓN: Radiación electromagnética centrada en el infrarrojo

1.2 Mecanismos de transmisión de calor
1.2.1 Conducción Sin desplazamiento global de lamateria en la dirección de transmisión en sólidos y en fluidos en reposo o con régimen laminar. - Transporte molecular - Necesita un medio material continuo - Formas de transmisión: Vibración de moléculas Transporte de electrones Tcaliente

q

Tfrío

1.2.1 Conducción El flujo de calor por conducción está descrito por la Ley de Fourier:

∂T q = −k x ·A· ∂x
- Flujo de calor proporcional algradiente de temperaturas - Constante de proporcionalidad: Conductividad
k |=| W/(m·K)

Conducción en fluidos con flujo laminar En la dirección perpendicular al flujo el calor se transmite por conducción En la dirección del flujo la conducción es despreciable frente a la convección
q = −k x ·A· ∂T ∂x

q

q

q

q

Perfil velocidad

Perfil temperatura

Con flujo turbulento: transporteconvectivo también en la dirección perpendicular al flujo debido a los remolinos

Variables:
Temperatura Geometría y masa del cuerpo Propiedades físicas → Conductividad térmica (k)

k Metales = 1000 k no metales y líquidos = 10000 k gases

1.2.2 Convección
Transmisión de calor debido al movimiento de un fluido Convección natural: el movimiento del fluido está originado por la diferenciade densidades (diferencia de temperaturas) Convección forzada: flujo provocado por un elemento externo (bomba, compresor...)

1.2.3 Radiación
Transporte de energía radiante (radiación electromagnética) No requiere de medio material (Vacío)
I

R I=R+A+T A T CALOR

El calor radiado por un cuerpo caliente es proporcional a T4
(Mecanismo importante a temperaturas altas)

1.2.4 Mecanismossimultáneos
Frecuentemente varios mecanismos de transmisión de calor ocurren simultáneamente Ejemplo: Caldera
Vapor Gases combustión calientes

Calentamiento de los tubos por los gases de combustión calientes: RADIACIÓN Transmisión de calor a través de las paredes de los tubos: CONDUCCIÓN Calentamiento del fluido que circula por los tubos: CONVECCIÓN

Agua

1.3. Coeficiente individual y...