Transferencia de calor

Transferencia de calor
Introducción:
Transferencia de calor: La ciencia de la termodinámica trata de las transiciones cuantitativas y reacomodos de energía como calor en los cuerpos de materia. La ciencia de la transferencia de calor está relacionada con la razón de intercambio de calor entre cuerpos calientes y fríos llamados fuente y recibidor. Cuando se vaporiza una libra de agua o secondensa una libra de vapor, el cambio de energía en los dos procesos es idéntico. La velocidad a la que cualquiera de estos procesos puede hacerse progresar con una fuente o recibidor independiente es, sin embargo, inherentemente muy diferente. Generalmente, la vaporización es un fenómeno mucho más rápido que la condensación.
Mecanismos de la transferencia de calor: Hay tres formas diferentes en lasque el calor puede pasar de la fuente al recibidor, aun cuando muchas de las aplicaciones en la ingeniería son combinaciones de dos o tres. Estas son, conducción, convección y radiación.

Conducción. La conducción es la transferencia de calor a través de un material.
La dirección del flujo de calor será a ángulos rectos a la pared, si las superficies de las paredes son isotérmicas y el cuerpo eshomogéneo e isotrópico. Supóngase que una fuente de calor existe a la izquierda de la pared y que existe un recibidor de calor en la superficie derecha. Es conocido y después se confirmará por una derivación, que el flujo de calor por hora es proporcional al cambio de temperatura a través de la pared y al área de la pared. Si T es la temperatura en cualquier punto de la pared y x es el grueso dela pared en dirección del flujo de calor, la cantidad de flujo de calor dQ es dada por
dq= K*A*(-dT/dx).
La constante de proporcionalidad k es peculiar a la conducción de calor por conductividad y se le conoce por conductividad térmica
La conductividad térmica de los sólidos tiene un amplio rango de valores numéricos dependiendo de si el sólido es relativamente un buen conductor del calor, talcomo un metal, o un mal conductor como el asbesto. Estos últimos sirven como aislantes. Aun cuando la conducción de calor se asocia usualmente con la transferencia de calor a través de los sólidos, también es aplicable a gases y líquidos, con sus limitaciones.

Convección: La convección es la transferencia de calor entre partes relativamente calientes y frías de un fluido por medio de mezcla.Supóngase que un recipiente con un líquido se coloca sobre una llama caliente. El líquido que se encuentra en el fondo del recipiente se calienta y se vuelve menos denso que antes, debido a su expansión térmica. El líquido adyacente al fondo también es menos denso que la porción superior fría y asciende a través de ella, transmitiendo su calor por medio de mezcla conforme asciende.
Latransferencia de calor del líquido caliente del fondo del recipiente al resto, es convección natural o convección libre. Si se produce cualquiera otra agitación, tal como la provocada por un agitador, el proceso es de convección forzada. Este tipo de transferencia de calor puede ser descrito en una ecuación que imita la forma de la ecuación de conducción y es dada por: dq= h*A*dT.
La constante deproporcionalidad h es un término sobre el cual tiene influencia la naturaleza del fluido y la forma de agitación, y debe ser evaluado experimentalmente. Se llama coeficiente de transferencia de calor. Cuando la dq= h*A*dT se escribe en su forma integrada, Q = h*A*∆T, se le conoce como la ley del enfriamiento de Newton.

Problema N°1
Se construyen los muros de una casa con una capa de tabique de ladrillode 100mm de espesor, 12mm de panel de fibra aislante, un espacio de 90mm con aire en reposo, otro de 12mm de panel de fibra aislante 6mm de tablero de madera. La temperatura del ambiente frente a la superficie exterior del tabique es igual a 1°C la interior, atmósfera de a habitación, igual a 23 °C.
Hállese el flujo de calor a través de este muro y las temperaturas de las superficies, exterior...