Alumna

LABORATORIO TRANSFERENCIA DE CALOR I
CONDUCCION UNIDIMENSIONAL Y AISLAMIENTO TERMICO
FUNDACION UNIVERSIDAD DE AMERICA
DOCENTE ING. JORGE MARIO GRUESO CASTILLO


INTRODUCCIÓN

MARCO REFERENCIAL
Muchos problemas de transferencia dependen del tiempo, estos tipos de problemas no estables o transitorios surgen cuando cambian las condiciones de frontera de un sistema. Si se altera latemperatura inicial del sistema, la temperatura en cada punto del sistema también cambiaria.
MARCO TEÓRICO
El modo de transferencia de calor por convección se compone de dos mecanismos. Además de la transferencia de energía debida al movimiento molecular aleatorio (difusión), la energía también se transfiere mediante el movimiento global, o macroscópicodel fluido. El movimiento del fluido se asociacon el hecho de que, en cualquier instante, grandes números de moléculas se mueven de forma colectiva o como agregados. Tal movimiento, en presencia de un gradiente de temperatura, contribuye a la transferencia de calor. Como las moléculas en el agregado mantienen su movimiento aleatorio, la transferencia total de calor se debe entonces a una superposición de transporte de energía por elmovimiento aleatorio de las moléculas y por el movimiento global del fluido. Se acostumbra utilizar el término convección cuando se hace referencia a este transporte acumulado y el término advección cuando se habla del transporte debido al movimiento volumétrico del fluido.

La transferencia de calor ocurre en RÉGIMEN VARIABLE cuando la temperatura de al menos uno de los sistemas entre los que seproduce la transferencia varía con el tiempo.

- Un sistema se dice CONCENTRADO cuanto la temperatura varía con el tiempo pero no con la posición espacial, es decir, en un instante dado todo el sistema se encuentra a la misma temperatura.

- Se define el número de BIOT ( Bi ) como:
Bi=(h L_c)/K
Donde:
L_c=V/A_s = (volumen del sistema )/(superficie de transferencia del sistema)
- Cuando seproduce transferencia de calor desde un fluido a un sistema sólido rodeado por dicho fluido, primero se transfiere el calor desde el fluido al sólido mediante convección y después el calor se transfiere desde el exterior al interior del sólido mediante conducción.
- El número de Biot se puede expresar también como:

- O también:

- El análisis utilizando el modelo de sistema concentrado esexacto cuando Bi = 0, pues en este caso la resistencia a la conducción dentro del sistema es nula y su temperatura uniforme. En los casos reales es imposible que Bi = 0 pues todos los sistemas presentarán alguna resistencia a la conducción en mayor o menor medida, siendo Bi > 0, y el análisis será aproximado. Cuanto más pequeño sea el número de Biot menos inexacto será el análisis. En general, seconsidera aplicable el modelo de sistema concentrado cuando Bi < 0,1.
- El modelo de sistema concentrado es aplicable a los cuerpos relativamente pequeños constituidos por materiales buenos conductores del calor.
Análisis de sistemas concentrados
Se considera un cuerpo sólido de masa m, volumen V, área superficial As, densidad r y calor específico Cp, inicialmente a una temperatura Ti. En elinstante t = 0, la temperatura del fluido que rodea al cuerpo es Tf y el coeficiente de película h. Se supone que Tf> Ti aunque el análisis también sería válido para Tf< Ti.
- Al considerar el sistema como concentrado se supone que la temperatura dentro del cuerpo es uniforme en cada instante y sólo cambia con el tiempo T = T ( t ).
- Durante un intervalo dt la temperatura del cuerpo se eleva unacantidad dT. El balance de energía del sistema en el intervalo de tiempo dt se puede expresar como: ( Transferencia de calor hacia el cuerpo durante dt ) = ( Incremento de la energía del cuerpo durante dt ) cuya expresión matemática es:
h xAs x (Tf-Ti) x dt =mCpdT

m= rV
Tf = cte, entonces dT = d ( T - Tf )

- La ecuación del balance de energía se puede transformar en: Integrando:...