Apuntes de primera unidad de transferencia de calor

APUNTES DE TRANSFERENCIA DE CALOR

-Transferencia De Calor
Es la parte de la física que estudia el movimiento de calor de un sistema o de varios sistemas de un estado inicial hasta llegar a un estado de equilibrio, así mismo estudia los modos o formas en que tiene su existencia dicho transporte de calor.
La transferencia de calor emplea las leyes de la termodinámica para cuantificar ycualificar el transporte del calor. En la transferencia del calor, además de la cantidad de calor manejado, es importante analizar el tiempo requerido para llegar al estado de equilibrio, así mismo cuanto calor realmente es transferido y cuanto calor es disipado en dichos efectos.
La ciencia de la transferencia de calor tiene aplicación en innumerables servicios y aparatos tanto domésticos(refrigerador, boiler, ventilador, calentador, computadora (para enfriar los sistemas electrónicos), cocina, bebidas, Etc.) como industriales (cambiadores de calor (para enfriar o calentar), generadores de vapor (chimeneas, compresoras de procesos)).
-Fundamentos de transferencia de calor
Los fundamentos son la primera y segunda ley de la termodinámica, calor especifico, temperatura, densidad, habilidad detransmitir calor.
-Modos de transferencia de calor
Los modos de transferencia de calor son 3 como se indican a continuación:
Conducción; Convección; Radiación
-Conducción
Es el modo de transferencia de calor que se presenta en todos los cuerpos (solido, líquido, gaseoso), mientras no exista movimiento observable; y se da por la transferencia de energía de las moléculas del mismo cuerpo conmayor energía hacia las moléculas del mismo, con menos energía.
Para dar solución a los problemas de la conducción se utiliza la ley de Fourier:
dQ=-KAdT
Q=KA∆TL
Donde Q= calor transferido (en kJ, Kcal, BTU, todas ellas referidas al tiempo)
K= coeficiente de transferencia de calor del cuerpo en cuestión enWm°C;kcalseg;BTUh
A= área del cuerpo expuesta a la transferencia de calor
∆T=gradiente de temperatura entre las fronteras del cuerpo

-Convección
Es el modo de transferencia de calor que aparece cuando dos sistemas, uno un sólido y el otro un fluido, se encuentran en contacto provocando que el calor del solido ponga en movimiento el fluido por cambios de densidad, también el caso de que el fluido ya estando en movimiento se ponga en contacto con el sólido, su solución se dapor la ley de calentamiento de Newton
Q=hA∆T
Dónde: h= coeficiente de convección en wm2°C o kcalm2h°C o BTUFt2h℉
A=área del solido en contacto con el fluido en m2 o Ft2 o cm2 o pulg2
∆T= gradiente de temperatura en ℃ o ℉ o °K o °R
De este modo se combinan la conducción y la conducción y el movimiento del fluido. El coeficiente de transferencia de calor por convección se obtiene por medio delnúmero de Nusselt
Nu=hLk ∴ h=NukL
-Radiación
Es el modo de transferencia de calor debido a cambios en la estructura de los cuerpos que los hace emitir ondas electromagnéticas o fotones incidiendo sobre otro cuerpo, la radiación es muy efectiva en el vacío y es poco afectada por el aire, su solución es aplicando las leyes de Stephan Boltzman y Kirchhoff
Q= ℇbA(Ts4-T∞4)
Dónde: ℇ=es la emisibidaddel cuerpo respecto a un cuerpo negro, sus valores varían de 0 a 1, donde la eficiencia máxima corresponde a un cuerpo negro (eficiencia máxima)
b= constante de Stephan Boltzman
Ts= temperatura termodinámica del cuerpo en cuestión y
T∞= temperatura termodinámica de los alrededores
A= superficie del cuerpo
Qabsorvido=αQ α=de disipacion
-Fundamentos termodinámicos
Como ya dijimos antes, latransferencia de calor emplea como herramientas las leyes y propiedades de la (termodinámica) mencionada
ΣE1=ΣE2
Qen-Qsal+Wsal-Went= ∆Esist=
∆U+∆Ep+∆Ec sistema cerrado o
∆H (sistema abierto, donde ∆Ep es no importante)
--Conducción
Es el mecanismo de transferencia de calor que se presenta por el movimiento de las moléculas de los cuerpos debido a la existencia de un gradiente de...