Procesos de transferencia de calor

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio Del Poder Popular Para la Educación Universitaria
Proyecto Nacional en Formación de Ingeniería Mecánica
Universidad Politécnica Territorial De Portuguesa
Unidad curricular: Maquinas térmicas

Proceso de Transferencia de calor



Introducción
Antes de empezar a estudiar que es la transferencia de calor se deben tener en cuenta lossiguientes conceptos básicos para su entendimiento.
Energía: La energía es una abstracción matemática utilizada por los físicos que representa la capacidad de realizar un trabajo, sin embargo aquí se ampliara el concepto a la capacidad para producir un cambio o una transformación.
Calor: A partir de lo anterior se puede definir el calor como un tipo de energía que se transfiere de un cuerpo a otroen virtud de una diferencia de temperaturas y por lo tanto no puede ser almacenado.
Temperatura: La temperatura es asociada con la movilidad de las moléculas de un cuerpo, de tal forma que a mayor movilidad mayor temperatura.
Una vez descrito esto, nuestro trabajo tiene como objetivo determinar las tres formas de conducción de calor: conducción, convección y radiación.Transferencia de calor
Proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
El proceso de transferencia de calor está relacionada con la razón de intercambio de calor entre cuerpos calientes y fríos llamados fuente y recibidor.
No debemos confundir calorcon temperatura: calor es la energía que poseen los cuerpos y temperatura es la medición de dicha energía. Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa.
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menortemperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación, que se ilustran en la figura.


Esquema de los mecanismos de transferencia de calor




Conducción de calor.
En la conducción, dos materiales sólidos a diferente temperatura se ponen en contacto directo, de tal forma que las moléculas del material a mayor temperatura,con mayor movimiento molecular, transfieren energía en forma de movimiento a las moléculas del cuerpo a menor temperatura, sin que exista un movimiento aparente de las moléculas de los dos sólidos. Por tal razón la velocidad de transferencia de energía estará dada por una propiedad de los materiales asociada a la capacidad de transferir la movilidad de sus moléculas, dicha propiedad es conocidacomo conductividad térmica (K).
La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor.
Ley de Fourier.
Hace más de un siglo Fourier propuso que la relación entre el flujo de calor y el gradiente de temperaturas es de carácter lineal, de tal forma que se puede expresar como lo indica la siguiente ecuación:

En dónde;
Q: representael flujo de calor.
K: es la conductividad térmica de los materiales.
A: es el área de transferencia y
ΔT: es la diferencia de temperaturas entre dos puntos del sólido que se encuentran separados por una distancia L
Por otra parte el flujo de calor puede entrar o salir del sólido, por lo tanto es necesario tener un sistema de referencia que permita distinguir entre estos dos eventos.Se crea entonces un sistema de referencia donde el flujo de calor es positivo si lleva el mismo sentido del eje x, como lo indica la Figura a continuación.
De esta forma la expresión de la ecuación anterior puede ser escrita como:






Diagrama de flujo de calor en una pared plana.


La conductividad térmica.
La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales...