Transferencia de calor

Operaciones Unitarias Tópico: Transferencia de Calor Resumen

Transferencia de Calor: Ciencia que busca explicar, predecir la transferencia de energía entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. El flujo de calor SIEMPRE ira desde el cuerpo caliente al más frio. Mecanismos de transferencia de calor. Existen tres formas en el que el calor puede pasar desde unacuerpo caliente a uno de menor temperatura.  Conducción  Convección  Radiación *Muchas veces en las aplicaciones industriales se pueden encontrar la combinaciones de dos o tres de estos mecanismos. Conducción. Referida a la trasmisión de calor generalmente entre medios sólidos mediante el contacto directo. Convección. Transferencia de calor por medio del mezclado intimo de un fluido. Dependiendo dela fuerza que origine la convección se la puede clasificar como: Convección natural: fuerza motriz es la diferencia de densidad entre el fluido caliente y el frio. Convección forzada: fuerza motriz generada por un dispositivo externo (bomba, agitador etc). Radiación. Es la transferencia de calor a través de las ondas de luz, infrarrojas, ultravioleta y radio.

Conducción. Único mecanismo detransferencia de calor posible en medios sólidos opacos. Cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo qk será igual al producto de la conductividad térmica k, propiedad física del medio, el gradiente de temperatura y el área A a través del cual setransfiere. El flujo de calor por conducción se representa por la ley de Fourier:

Donde: [ ] [ ]

[ (

] [

] )[ ] [ ]

El signo menos indica que el calor fluye en dirección de la temperatura más baja.

Coordenadas Rectangulares:

Muro Plano: Integrando la ecuación de Fourier se obtiene la ecuación K  A  (T2  T1 ) K  A  (T1  T2 ) (T1  T2 ) correspondiente a una placa plana qK     L L L KA L Haciendo una analogía eléctrica, podemos ver que R  es la resistencia del KA material al paso del flujo de calor.

T1 qK qK

T2

0
Muro Plano en Serie: q K 

L

(T2  T3 ) (T3  T4 ) (T1  T2 ) podemos ver    LOA   L AB   LBC   K B  A  K A  A  K C  A      

que la resultante será q K 

(T1  T4 ) (T  T )  1N 4 R A  RB  RC  Rii 1

T1 qK
A B

T2

C

qK

T3

T4
LB
LC

0

LA

Muro Plano en Paralelo: q K  q A  q B 

(T1  T2 ) L   K A  A A 



(T1  T2 ) L   K A  B B  

podemos

 1 (T1  T2 ) 1    ver que la resultante será q K  (T1  T2 )   y AT  AA  AB R RB   R A  RB   A   R R   B   A

T1 qK
A B

qK

T2
L

0

Muro Plano Serie-Paralelo:q K 

(T  T3 ) (T3  T4 ) (T1  T2 ) Sí  2  RP  LOA   LBC    K A  A K C  A    

 R R RP   A B R R B  A

 (T1  T4 ) (T  T )  , podemos ver que la resultante será q K   1N 4  R A  RP  RC  R


i 1

i

T1 qK
A C B D

qK

T4
LB
LC

0

LA

Coordenadas cilíndricas. E) Cilindro: Un cilindro de radio r y longitud L, por el cual fluye el caloren dirección radial a través del largo del cilindro. Donde el área está dada por  dT  Ar  2    r  L por lo tanto el flujo de calor radial será: q K  2  K    r  L     dr  integrando, nuestra resultante es: q K 
2    K  L  T1  T2  r Ln e   r  i

r Ln e   r T  T2   i qK  1  Rr  Rr 2   K  L

qK

ri

T2
re

0 T1

F)

Cilindros en Serie:Generalizando la ecuación anterior podemos r Ln ei   r  N T  T2   ii  desarrollar la siguiente ecuación general: q K  1  RG   RG i 1 2    K i  L

qK
A

B

ri

0 T1

T2 re `
T3
re

Convección. Mecanismo que ocurre cuando se pone en contacto un fluido con una superficie solida a una temperatura distinta. Dependiendo del origen del movimiento del fluido es que...