Transmisión De Calor Por Conducción En Estado Estacionario

I
Determinar el calor transmitido en un sistema estacionario.

Introducción.
Fundamento teórico.
La transmisión de calor por conducción se define como la transferencia de calor debida a un gradiente de temperatura, sin desplazamiento apreciable de partículas. La conducción implica la transferencia de energía cinética de una molécula a otra adyacente. Es el mecanismo principal de transmisiónde calor en sólidos y se estudia haciendo uso de la ecuación general de conservación de la energía. Esta ecuación no es más que un balance de energía diferencial en función del tiempo y en coordenadas espaciales, es decir, en tres dimensiones,

Acumulación = Entrada - Salida + Generación

Transporte
Acumulación de Transporte debido al Disipación
Energía térmica = por+ movimiento + Generación + viscosa de
Conducción global del energía
Fluido térmica

cpT = -qc - cp(Tv) + G + ɸv
t

Teniendo en cuenta que de acuerdo con la ley de Fourier, la transición de calor porconducción es igual a la conductividad térmica del material (K, Kcal/hm°C) por el gradiente detemperatura, y que para el caso de sólidos el desplazamiento de las partículas esnulo por lo quela velocidad de desplazamiento es nula, (v=0), y la disipación viscosa también es nula (v=0), la ecuación anterior queda como,

qc=- kTcpT=k2T + G si k=cte
t

Esta ecuación representa la ecuación general de transmisión de calor por conducción en sólidos y puede ser desarrollada matemáticamente en diferentes sistemas de coordenadas, debiendo ser integrada para cada casoconcreto. Así, para considerando régimen estacionario y flujo unidireccional a través de una lámina plana semi-infinita de poco espesor y gran superficie se obtiene que,

Para calcular A y B se hace uso de las condiciones de contorno,

Luego, sustituyendo estos valores en la expresión se llega a que el perfil de temperatura en la lámina es lineal.

Por otra parte, la densidad de flujo es,según la ley de Fourier,

Y la velocidad de flujo de calor o caudal de calor es,

donde A es la sección transversal que se opone al paso de calor. Si en vez de una sola lámina se disponen varias láminas en serie de diferentes materiales se tiene un conjunto de resistencias en serie. Sin embargo, la velocidad de paso del calor debe ser igual en todas las láminas ya que si no, se produciríaacumulación y no sería estado estacionario

.

Siendo la resistencia total la suma de las resistencias parciales de cada lámina,

Marco Teorico

La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, latransferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad unodel otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.

AISLAMIENTO Y BARRERAS DE RADIACIÓN
Los aislantes térmicos son materiales específicamente diseñados para reducir el flujo de calor limitando la conducción, convección o ambos. Las barreras de radiación, son materiales que reflejan la radiación, reduciendo así el flujo de calor de fuentes de radiacióntérmica. Los buenos aislantes no son necesariamente buenas barreras de radiación, y viceversa. Los metales, por ejemplo, son excelentes reflectores pero muy malos aislantes.
La efectividad de un aislante está indicado por su resistencia (R). La resistencia de un material es el inverso del coeficiente de conductividad térmica (k) multiplicado por el grosor (d) del aislante. Las unidades para la...