Transferencia De Calor

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL  “FRANCISCO DE MIRANDA”  DEPARTAMENTO DE ENERGÉTICA 

FENÓMENOS DE TRANSPORTE 

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 
Realizado Por: Prof. Pedro Vargas  Disponible en: www.fenomenosdetransporte.wordpress.com 
        Nomenclatura  A:  Área de transferencia de calor   Cp:   Capacidad calorífica a presión constante   D:   Diámetro de cilindro o esfera      [m2]  [J/kg K]  [m]  [W/m3].  [W/m2K]  [W/mK]  [m]  [‐‐]  [‐‐]  [‐‐]  [W]  [m2]  [m]  [‐‐]  [‐‐]  [K]  [K]  [K]  [K]  [‐‐] 

g : Calor generado por unidad de volumen   h:   Coeficiente convectivo de transferencia   K:   Conductividad térmica   L:   Longitud de cilindro o espesor de placa   Lc:   Longitud característica   Nu:   Número de Nusselt  Pr:   Número de Prandtl  Q:   Flujo de calor  q:   Flujo de calor por unidad de área   R:   Radio de cilindro o esfera   r:  Coordenada radial   Re:  Número de Reynolds   T:  Temperatura absoluta   Tf:  Temperatura de la película   Ts:  Temperatura de superficie   T∞:  Temperatura de bulto  x,y,z:  oordenadas espaciales sistema rectangular  C   Alfabeto griego  ρ:   Densidad   α:   Difusividad térmica   Δhfg: Calor latente de vaporización    

.[kg/m3]  [m2/s]  [J/kg] 

[1]

Antes  de  introducir  las  Leyes  que  regulan  los  procesos  de  transferencia  de  calor  debemos  definir  algunos  conceptos  fundamentales  que  nos  ayudaran  a  construir  definiciones  más complejas.    Temperatura  El  concepto  de  temperatura  nos  es  muy  familiar  en  nuestro  quehacer  diario.  Siempre  escuchamos  frases  como  ¡tengo frio!  o  ¡tengo  calor!  Sin  embargo,  definir  exactamente  el  concepto  de  temperatura  no  es  una  tarea  fácil.  Algunas  referencias  que  muy  probablemente  manejemos  es  que  el  agua se congela a 0 °C y que ebulle o hierve a los 100 °C. Pero  ¿cómo podremos definir exactamente a la temperatura?  Como  sabemos  la  materia  puede  encontrarse  en  diferentes  fases  (líquido  sólido  o gas,  Fig.  1.3),  la  diferencia  entre  un  estado y otro depende del arreglo molecular que varía desde  menor orden en el estado gaseoso hasta un mayor orden en el  estado sólido.  En  este  sentido,  la  temperatura  es  una  propiedad  que  depende del nivel de interacción molecular. Específicamente  la temperatura es un reflejo del nivel de agitación molecular  que  presenta  una  sustancia en  un  estado  determinado.  Cuanto  mayor  sea  la  temperatura  de  una  sustancia,  mayor  será  el  nivel  de  agitación  molecular.  En  la  figura  1.1,  se  muestra un sólido con diferentes valores de temperatura, las  moléculas  en  rojo  están  asociada  a  una  gran  interacción  y  movimiento  molecular,  mientras  que  las  moléculas  en  azul  presentan  en  promedio  menor movimiento  un  menor  movimiento  y  por  consiguiente  un  menor  valor  de  temperatura. 

I.  Introducción a la transferencia de  calor 

  Tabla 1.1. Escalas de temperatura.  Sistema Inglés  Sistema Internacional  Grados Centígrados (°C)  Grados Fahrenheit (°F) (Escala relativa)  (Escala relativa)  Grados Kelvin (K)  Grados Rankine (°R) (Escala absoluta)  (Escala absoluta)    Las  relaciones matemáticas  entre  las  diferentes  escalas  son  mostradas a continuación, y representadas de manera grafica  en la figura 1.2.   

T[°F]  1.8T[°C]  32 T[K]  T[°C]  273.15 T[°R]  T[°F]  459.7
800

Temp(K)

700 600

Temp(°R) Temp(°F)

Temperatura

500 400 300 200 100 0

T alta

T baja

  Figura 1.1. Actividad molecular de solido a diferente  temperatura.   Escalas de medición de temperatura  Como  toda  propiedad,  la  temperatura  posee  unidades  correspondientes al sistema internacional y al sistema inglés,  para  los  cuales  existen  dos  escalas  de  temperatura,  una  conocida  como  escala  absoluta,  y  otra  conocida  como  escala  relativa.  La  diferencia  de  una  a  otra  es  que  las  escalas  absolutas  todos  los  valores  de  temperaturas ...