PRINCIPIOS BÁSICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

PRINCIPIOS BÁSICOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
I.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 y así poder diseñar los componentes y sistemas en los que son de aplicación. La transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder adesarrollar 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 detemperatura, es el calor. Sin embargo, aunque las leyes de latermodinámica tratan de la transferencia de energía, sólo se aplican a sistemas que están en equilibrio; pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para modificar 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 principiostermodinámicos, proporcionando unos métodos de análisis 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 puedenutilizar para predecir las temperaturas finales 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 enuna cierta posición de la barra.
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 tres mecanismos diferentes,conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, si bien en la práctica, lo normal es que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos resultan más complejos de estudiar.
MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Se acepta de manera general que el calor se transmite de tres modos diferentes,que se designan como conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, si bien en la práctica, lo normal es que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos resultan más complejos de estudiar.

Conducción. La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los tresestados de la materia: sólido líquido y gaseoso.
La conducción es básicamente un mecanismo de cesión de energía entre partículas contiguas. La energía de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura. Esta energía puede pasar de una molécula a otra contigua y de esta a la siguiente y así sucesivamente ya se por choque entre partículas, en los fluidos o por vibraciones reticulares en lossólidos.
La conducción en los sólidos goza pues de un soporte material, que son las moléculas delm propio cuerpo, las cuales vibran en posiciones fijas sin desplazarse, por lo tanto la transferencia de energía por conducción, macroscópicamente no involucra transporte de materia. El razonamiento es válido tanto para la transferencia de energía dentro de un sólido, como para sólidos en contacto.
En los...