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2.- FUNDAMENTO TEÓRICO
En todos los procesos químicos se realiza algún intercambio de energía, siendo preciso
calentar o enfriar fluidos, cambiar de fase (evaporar o condensar), mantener un procesoisotérmico, etc.
En todos los casos que se precisa realizar intercambio de calor entre un foco caliente y
un foco frío, es importante conocer la velocidad con la que se va a llevar a cabo latransmisión de calor, ya que va a determinar el tamaño del equipo necesario, así como el
equipo auxiliar requerido y los materiales de construcción adecuados.
La transmisión de calor se puede realizarpor tres mecanismos:
- Conducción.
- Convección.
- Radiación.
Transmisión de calor por conducción
La transmisión de calor por conducción tiene importancia en los sólidos y se produce
comoresultado de las interacciones entre las moléculas, átomos o iones de mayor
contenido energético que ceden energía a las de menor contenido energético. En los
metales se produce por acción de loselectrones libres.
Cuando existe un gradiente de temperatura en un cuerpo, se produce la transmisión
de calor por conducción desde la región de mayor temperatura a la de menor temperatura,
siendo el flujode energía, q (energía/área tiempo), proporcional al gradiente de
temperatura de acuerdo con la ley de Fourier:
siendo k la conductividad térmica y (dT/dx) el gradiente de temperatura. Laconductividad
térmica depende de la temperatura, aunque si la diferencia de temperaturas no es muy
grande puede tomarse constante.
La intensidad de calor, Q (energía/tiempo), viene dada por:
siendo A el áreaperpendicular a la transmisión de calor. En estado estacionario, Q es
constante, pero la densidad de calor, q, sólo será constante si lo es A, es decir si el calor se
transmite a través de paredesplanas.
Conducción de calor a través de paredes cilíndricas
El caso más habitual de conducción de calor es a través de paredes cilíndricas. Sea un
cilindro de radio interno r1 y de radio externo...