Transferencia De Calor

INTRODUCCIÓN:
¿Qué es fenómenos de transporte?
Fenómenos de transporte incluye el estudio de dinámica de fluidos, transferencia de calor y transferencia de masa.
-Dinámica de fluidos: involucra el transporte de momento.
-Transferencia de calor: involucra el transporte de energía.
-Transferencia de masa: involucra el transporte de masa y varias especies químicas.

Fenómenos de transportepuede estudiarse en tres niveles:
a) Nivel macroscópico: se escriben ecuaciones llamadas balances macroscópicos que describen como la masa, momento, energía y momento angular, cambia en un sistema debido a la variación en el flujo de entrada y salida al sistema. Ejemplo: aire acondicionado, minisplit.
b) Nivel microscópico: se examina lo que sucede en la mezcla del flujo en una regiónpequeña dentro del sistema. Se obtienen ecuaciones llamadas “ecuaciones de cambio” que describen el cambio de la masa, momento, energía y momento angular en esta región.
se busca obtener información acerca de la velocidad, temperatura, presión y patrones de concentración dentro del sistema.
c) Nivel molecular: se pretende entender los mecanismos de transporte de masa, momento, energía y momentoangular en términos de estructuras moleculares y fuerzas intermoleculares. Esto es el área de estudio de los físicos teóricos, físico-químicos o matemáticos. Se necesita si el sistema es complejo, si tiene rangos de temperatura muy altos o reacciones químicas.

TRANSPORTE DE MOMENTO:
Considere un fluido entre dos láminas o platos paralelos.
El movimiento de la placa superior genera un esfuerzocortante entre la lamina y el fluido opuesto al movimiento de la lamina y un estado estacionario se logra cuando la fuerza F es balanceada por el esfuerzo cortante. En este estado la lámina tiene una velocidad constante V.
En estado estacionario, Newton encuentra que:
V ∝ FyA o bien FA ∝ Vy donde A= área de la superficie
Debido a que no existe desplazamiento entre el fluido yla lámina, se genera un gradiente de velocidad en el fluido en dirección yi es decir:
VY= dVxdy
Si denotamos el esfuerzo cortante FA como τ, entonces:
τ ∝ dVxdy
Introduciendo una constante de proporcionalidad η, entonces:
τ=-ηdVxdy
Donde η es la viscosidad del fluido.
Esta es la ley de viscosidad de newton.
Si un fluido satisface esta ley se dice ser newtoniano. En cambio si larelación entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad es no lineal; el fluido se dice ser no newtoniano.

FLUIDOS NEWTONIANOS:
Gases, líquidos orgánicos simples, líquidos acuosos y líquidos metálicos.
FLUIDOS NO NEWTONIANOS:
Soluciones polímeras, pastas.
GENERALIZACION DE LA LEY DE VISCOCIDAD DE NEWTON:
Anteriormente Vy=V2=0. Entonces necesitamos una expresión valida parafluidos en R3.
Considere un fluido en general en R3 cuya velocidad tiene varias direcciones en varios lugares y puede depender del tiempo. Los componentes de la velocidad son:
Vx=Vxx,y,z,t, Vy=Vyx,y,z,t, Vz=Vz(x,y,z,t)
Considere un elemento cubico en el fluido cuyas caras tienen área uno.
Las fuerzas viscosas se presentan solo cuando existen gradientes de viscosidad dentrodel fluido. En general no son paralelos a la superficie del elemento unitario ni perpendiculares a esta. Cada fuerza viscosa τ tiene componentes,
Por ejemplo:

τx= τxxτxyτxz τy= τyxτyyτyz τz= τzxτzyτzz
Así las fuerzas ejercidas sobre el elemento son:
Fuerza (vector) por área unitaria sobre la cara sombreada | Componentes de las fuerzas sobre las carassombreadas |

πx= ρδx+ τx | πxx= ρ + τxx | πxy= τxy | πxz= τxz |
πy = ρδy + τy | πyx= τyx | πyy= ρ+ τyy | πyz= τyz |
πz= ρδz+ τz | πzx= τzx | πzy= τzy | πzz= τzz |

πij= ρδij+ τij son llamados esfuerzos moleculares (i,j pueden ser x,y ó z).
δij Es la delta de kronecker
δij1 i=j0 i≠j

πij= ρδij+ τij = fuerza en la dirección j y...