transferencia de calor
Páginas: 10 (2473 palabras)
Publicado: 18 de mayo de 2014
TRANSFERENCIA DE CALOR
Las leyes de la Termodinámica tratan de la transferencia de energía pero solo se refieren a sistemas que están en equilibrio. Por ello, permiten determinar la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro pero no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios. La transferencia de calor complementala primera y la segunda ley, proporcionando los métodos de análisis que pueden utilizarse para predecir esta velocidad de transmisión. Ejemplo:
Calentamiento de una barra de acero colocada en agua caliente:
Con la Termodinámica se predicen las temperaturas finales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio y la cantidad de energía transferida entre los dos estados de equilibrioinicial y final. Con la Transferencia de Calor se puede predecir la velocidad de transferencia térmica del agua a la barra así como la temperatura del agua en función del tiempo.
La Transferencia de Calor puede ser por conducción, convección y radiación.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Cuando en un medio sólido existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite dela región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo qk es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx multiplicado por el área A a través del cual se transfiere es decir
T: temperatura ; x: dirección del flujo de calor
El flujo de calor depende de la conductividad térmicak que es la propiedad física del medio [W/m K], luego se tiene
Convenios del signo
Fig. 4.13 Representación del convenio del signo
CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE UNA PARED PLANA
El calor fluye en dirección perpendicular a la superficie. Si la conductividad térmica es uniforme, laintegración de la ecuación queda como
Fig. 4.14 Sección transversal de una pared plana
CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE PAREDES PLANAS EN SERIE
En estado estacionario el flujo de calor a través de todas las secciones debe ser el mismo. Sin embargo, los gradientes son distintos
Fig. 4.15 Conducción unidimensional a través de paredes planas en serie
A partir de la ecuación 4.4 se tienen las siguientes relaciones
sustituyendo 4.5 y 4.6 en 4.4
luego el flujo de calor será
Para un conjunto de n paredes en perfecto contacto térmico, el flujo de calor es
ANALOGÍA ELÉCTRICA DE LA CONDUCCIÓN
Utiliza los conceptos desarrollados en la teoría de los circuitos eléctricos y con frecuencia se llama analogía entre el flujo decalor y la electricidad. La combinación L/kA equivale a una resistencia y la diferencia de temperatura es análoga a una diferencia de potencial. La ecuación puede escribirse en una forma semejante a la ley de Ohm de la teoría de los circuitos eléctricos
en donde
Elrecíproco de la resistencia térmica se denomina conductancia térmica
Para tres secciones en serie
MATERIALES DISPUESTOS EN PARALELO
El análisis del circuito supone que el flujo es unidimensional
Fig. 4.16 Analogía eléctrica para paredes en paralelo
...
TRANSFERENCIA DE CALOR
Las leyes de la Termodinámica tratan de la transferencia de energía pero solo se refieren a sistemas que están en equilibrio. Por ello, permiten determinar la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro pero no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios. La transferencia de calor complementala primera y la segunda ley, proporcionando los métodos de análisis que pueden utilizarse para predecir esta velocidad de transmisión. Ejemplo:
Calentamiento de una barra de acero colocada en agua caliente:
Con la Termodinámica se predicen las temperaturas finales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio y la cantidad de energía transferida entre los dos estados de equilibrioinicial y final. Con la Transferencia de Calor se puede predecir la velocidad de transferencia térmica del agua a la barra así como la temperatura del agua en función del tiempo.
La Transferencia de Calor puede ser por conducción, convección y radiación.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Cuando en un medio sólido existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite dela región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo qk es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx multiplicado por el área A a través del cual se transfiere es decir
T: temperatura ; x: dirección del flujo de calor
El flujo de calor depende de la conductividad térmicak que es la propiedad física del medio [W/m K], luego se tiene
Convenios del signo
Fig. 4.13 Representación del convenio del signo
CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE UNA PARED PLANA
El calor fluye en dirección perpendicular a la superficie. Si la conductividad térmica es uniforme, laintegración de la ecuación queda como
Fig. 4.14 Sección transversal de una pared plana
CONDUCCIÓN A TRAVÉS DE PAREDES PLANAS EN SERIE
En estado estacionario el flujo de calor a través de todas las secciones debe ser el mismo. Sin embargo, los gradientes son distintos
Fig. 4.15 Conducción unidimensional a través de paredes planas en serie
A partir de la ecuación 4.4 se tienen las siguientes relaciones
sustituyendo 4.5 y 4.6 en 4.4
luego el flujo de calor será
Para un conjunto de n paredes en perfecto contacto térmico, el flujo de calor es
ANALOGÍA ELÉCTRICA DE LA CONDUCCIÓN
Utiliza los conceptos desarrollados en la teoría de los circuitos eléctricos y con frecuencia se llama analogía entre el flujo decalor y la electricidad. La combinación L/kA equivale a una resistencia y la diferencia de temperatura es análoga a una diferencia de potencial. La ecuación puede escribirse en una forma semejante a la ley de Ohm de la teoría de los circuitos eléctricos
en donde
Elrecíproco de la resistencia térmica se denomina conductancia térmica
Para tres secciones en serie
MATERIALES DISPUESTOS EN PARALELO
El análisis del circuito supone que el flujo es unidimensional
Fig. 4.16 Analogía eléctrica para paredes en paralelo
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