Transferencia De Calor

TRANSFERENCIA DE CALOR: ciencia de la ingeniería que estudia los diferentes mecanismos de transferencia de calor.

Calor: Es la forma de energía en tránsito, que se manifiesta debido a una diferencia de temperaturas.

Mecanismos de transferencia de calor.

· Conducción · Convección · Radiación

Conducción: Se define a la transferencia de calor que ocurrirá a través del medio en el cualexiste un gradiente de temperaturas. Puede tomar lugar en sólidos, líquidos y / o gases.

Convección: Se refiere a la transferencia de calor que ocurrirá entre una superficie y un fluido en movimiento como resultado de la diferencia de temperatura entre la superficie y el fluido.

Radiación: Las superficies emiten energía en forma de ondas electromagnéticas. A pesar que no exista un medio(vacío) se establecerá un intercambio de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas. Esta característica que tiene la radiación térmica de no necesitar de medio es precisamente la que la distingue de los dos mecanismos anteriores.

Leyes y ecuaciones que gobiernan los Mecanismos de Transferencia de Calor. · Ley de Fourier. Conducción · Ecuación de enfriamiento de Newton.Convección · Ley de Stefan-Boltzmann. Radiación

Ley de Fourier.

Ecuación de enfriamiento de Newton .

Las condiciones de corriente l ibre se suceden en donde los valores de U  y T  se hacen independientes de y .

En la ecuación de Newton, h no es una propiedad termofísica ya que depende de una gran variedad de factores tanto geométricos como fluidodinámicos.

Ley de Stefan-Boltzmann

La ley de Stefan-Boltzmann, establece que si un cuerpo se encuentra a una determinada temperatura, este emite calor que viene cuantificado por: La ley de Stefan-Boltzmann, aplica a los denominados cuerpos negros, que son aquellos cuerpos que emiten la mayor cantidad de calor posible. En la práctica los cuerpos negros son una idealización, en realidad los cuerpos reales solamente emiten unafracción de la energía que emite un cuerpo negro. A dichos cuerpos se les denominan cuerpos grises.

La Emisividad depende de la temperatura y el acabado superficial y varia entre

Flujo de calor neto entre cuerpos negros.

Flujo de calor neto entre un cuerpo gris y un cuerpo negro

Analogía eléctrica para transferencia de calor.

Conducción

Convección

Radiación

Paredescompuestas conectadas en serie
Paredes compuestas

Paredes compuestas conectadas en paralelo

Coeficiente global de transferencia de calor, U

Existen ciertos tipos de problemas, principalmente relacionados con intercambiadores de calor, donde es conveniente simplificar el cálculo del calor, esto se realiza incorporando el concepto de coeficiente global de transferencia de calor, U ,el cual se relaciona con el calor mediante la siguiente ecuación:

Con relación a la analogía eléctrica podríamos señalar que el coeficiente Global de transferencia de calor se obtiene al reducir todo el circuito eléctrico análogo, a una sola resistencia total, la cual se relaciona con, U, a través de:

Resistencia de contacto Aunque se había despreciado hasta ahora, es importantereconocer que en sistemas compuestos con distintos materiales la caída de la temperatura en la interfaz puede ser apreciable.

2. CONDUCCIÓN

Ecuación General de Conducción Considera el cuerpo sólido mostrado en la figura

Para la situación en tres dimensiones, 3 –D, podemos escribir la Ecuación de conducción de calor:

Coordenadas cilíndricas

Coordenadas esféricas

Condiciones de bordesy condiciones iniciales Par poder ser realizada la integración de la ecuación general de conducción, en términos matemáticos es necesario incluir las condiciones iniciales y de borde . En el tiempo: En general, por ser la ecuación general de conducción de primer orden en tiempo, se requiere del establecimiento de una única condición inicial. La condición inicial se refiere a la distribución de...