Yawar fiesta
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Publicado: 25 de abril de 2011
Transferencia de Calor
II.1.- Introducción
La Ingeniería Térmica trata de los procesos de transferencia de calor y la metodología para calcular la velocidad con que éstos se producen para así diseñar los componentes y sistemas en los que tiene lugar una transferencia de calor.
Un caso de particular interés, es aquel en el que participan un conjunto de procesos con el objetivo degeneración de algún tipo de energía A título de ejemplo, ciertos casos de diseño requieren disminuir las cantidades de calor transferido mediante un aislante térmico; otros implican procesos de transferencia de calor de un fluido a otro mediante intercambiadores de calor; o la transferencia de calor generada por un combustible a un fluido de trabajo, o a veces el problema de diseño escontrolar térmicamente un proceso manteniendo las temperaturas de funcionamiento de los componentes sensibles al calor dentro de unos márgenes predeterminados, etc.
De todo esto se desprende que la transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar la metodología que conduzca al diseño térmico de los sistemas correspondientes.Siempre que existe una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de temperatura más baja; de acuerdo con los conceptos termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de
temperatura, es el calor. Sin embargo, aunque las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, sólo se aplican a sistemas queestán en equilibrio; pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro, pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que puedan producirse estos cambios. La fenomenología que estudia la transmisión del calor complementa los Principios Primero y Segundo de la Termodinámica clásica, proporcionando métodos deanálisis que permiten predecir esta velocidad de transferencia térmica.
Para ilustrar los diferentes tipos de información que se pueden obtener desde ambos puntos de vista, (termodinámico y transferencia de calor) consideraremos, a título de ejemplo, el calentamiento de una barra de acero inmersa en agua caliente. Los principios termodinámicos se pueden utilizar para predecir las temperaturasfinales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio y la cantidad de energía transferida entre los estados de equilibrio inicial y final, pero nada nos dicen respecto a la velocidad de la transferencia térmica, o la temperatura de la barra al cabo de un cierto tiempo, o del tiempo que hay que esperar para obtener una temperatura determinada en una cierta posición dela barra. Por otra parte, un análisis de la transmisión del calor permite predecir la velocidad de la transferencia térmica del agua a la barra y de esta información se puede calcular la temperatura de la barra, así como la temperatura del agua en función del tiempo.
Para proceder a realizar un análisis completo de la transferencia del calor es necesario considerar los aspectos básicosrelacionados al tema y en particular los tres mecanismos de transferencia de calor, conducción, convección y radiación. El diseño y proyecto de los sistemas de intercambio de calor y conversión energética requieren de cierta familiaridad con cada uno de estos mecanismos, así como de sus
interacciones; consideraremos, en esta parte solo los principios básicos de la transmisión delcalor, que pueden ser de utilidad en capítulos posteriores tomando como base literatura clásica del tema (Bird, Stewart y Lightfoot, 2007; Çengel 2003; Welty y otros 2000).
II.2.- Transmisión de calor por conducción
La conducción es el mecanismo de transmisión de calor posible en los medios sólidos; cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite...
II.1.- Introducción
La Ingeniería Térmica trata de los procesos de transferencia de calor y la metodología para calcular la velocidad con que éstos se producen para así diseñar los componentes y sistemas en los que tiene lugar una transferencia de calor.
Un caso de particular interés, es aquel en el que participan un conjunto de procesos con el objetivo degeneración de algún tipo de energía A título de ejemplo, ciertos casos de diseño requieren disminuir las cantidades de calor transferido mediante un aislante térmico; otros implican procesos de transferencia de calor de un fluido a otro mediante intercambiadores de calor; o la transferencia de calor generada por un combustible a un fluido de trabajo, o a veces el problema de diseño escontrolar térmicamente un proceso manteniendo las temperaturas de funcionamiento de los componentes sensibles al calor dentro de unos márgenes predeterminados, etc.
De todo esto se desprende que la transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar la metodología que conduzca al diseño térmico de los sistemas correspondientes.Siempre que existe una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de temperatura más baja; de acuerdo con los conceptos termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de
temperatura, es el calor. Sin embargo, aunque las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, sólo se aplican a sistemas queestán en equilibrio; pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro, pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que puedan producirse estos cambios. La fenomenología que estudia la transmisión del calor complementa los Principios Primero y Segundo de la Termodinámica clásica, proporcionando métodos deanálisis que permiten predecir esta velocidad de transferencia térmica.
Para ilustrar los diferentes tipos de información que se pueden obtener desde ambos puntos de vista, (termodinámico y transferencia de calor) consideraremos, a título de ejemplo, el calentamiento de una barra de acero inmersa en agua caliente. Los principios termodinámicos se pueden utilizar para predecir las temperaturasfinales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio y la cantidad de energía transferida entre los estados de equilibrio inicial y final, pero nada nos dicen respecto a la velocidad de la transferencia térmica, o la temperatura de la barra al cabo de un cierto tiempo, o del tiempo que hay que esperar para obtener una temperatura determinada en una cierta posición dela barra. Por otra parte, un análisis de la transmisión del calor permite predecir la velocidad de la transferencia térmica del agua a la barra y de esta información se puede calcular la temperatura de la barra, así como la temperatura del agua en función del tiempo.
Para proceder a realizar un análisis completo de la transferencia del calor es necesario considerar los aspectos básicosrelacionados al tema y en particular los tres mecanismos de transferencia de calor, conducción, convección y radiación. El diseño y proyecto de los sistemas de intercambio de calor y conversión energética requieren de cierta familiaridad con cada uno de estos mecanismos, así como de sus
interacciones; consideraremos, en esta parte solo los principios básicos de la transmisión delcalor, que pueden ser de utilidad en capítulos posteriores tomando como base literatura clásica del tema (Bird, Stewart y Lightfoot, 2007; Çengel 2003; Welty y otros 2000).
II.2.- Transmisión de calor por conducción
La conducción es el mecanismo de transmisión de calor posible en los medios sólidos; cuando en estos cuerpos existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite...
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