Transferencia de Calor

Transferencia de Calor

1. Sistemas de Conducción y Convección Combinada

   • La conducción es aquel proceso de transmisión donde se debe tener un contacto directo entre los cuerpos
     • Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en una sola dirección
       • El calor transmitido es proporcional al área perpendicular al flujo de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de temperatura, y es inversamente proporcional al espesor:
   • La Convección es el calor transmitido en un líquido o en un gas como consecuencia del movimiento real de las partículas calentadas en su seno.
     • Convección Combinada
       • Ocurre cuando la convección natural y los mecanismos de convección forzada actúan juntos para transferir calor.
         • La contribución de cada forma de convección a la transferencia de calor está determinada en gran medida por el flujo, la temperatura , la geometría y la orientación.

2. Transmisión de calor en Superficies Extendidas

   • Una superficie extendida es un sólido que experimenta transferencia de energía por conducción dentro de sus límites
   • Su aplicación más frecuente es para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un sólido y un fluido contiguo
     • Se usan en todos los enfriadores de aire, refrigeradores en seco, evaporadores y condensadores
   • Normalmente están hechas de aluminio
     • La transferencia de calor entre el metal y aire resulta menos eficaz que desde el líquido al metal
       • Se usan las aletas para aumentar la superficie global y compensar asi el menor rendimiento metal - aire
         • Aletas longitudinales: Se utilizan en intercambiadores de tubos concéntricos y de camisa, cuando uno de los fluidos es viscosos y escurre régimen laminar
         • Aletas transversales: Usadas ampliamente para el calentamiento o enfriamiento de gases en flujo cruzado

3. Conducción de Calor en estado transitorio en sólidos

   • Es cuando varía la temperatura en un intervalo de tiempo
     • El flujo de calor no es constante
       • Por ejemplo, el calentamiento o enfriamiento de paredes de hornos
     • Se encuentra una pieza de sección transversal plana o cilíndrica
       • Tiene una temperatura inicial (To)
       • Se coloca en un horno con temperatura (Tf)
       • Intercambiará calor con la pieza con una intensidad determinada
       • Transcurre el tiempo y la pieza alcanza una temperatura determinada (Tx)
       • Se tiene en cuenta también: la difusividad térmica, y tendrá una temperatura en su centro y otra más alta en su superficie

4. Convección

   • Normal
     • Si el movimiento del fluido es forzado por las fuerzas de flotación inducidas por la densidad
   • Forzada
     • Si el movimiento del fluido es por un elemento externo , como un ventilador

5. Conducción Eléctrica y Sistema Hidáulico

   • Si un resistor eléctrico que tiene un valor de resistencia constante, y una diferencia de V, se sabe que allí fluye una corriente eléctrica I a través del resisor
     • En el caso del flujo de agua que pueda emanar un grifo a una velocidad
       • Si el agua fluye en un tubo de media pulgada a v = 0,6 pie/seg o menos, el flujo será laminar
       • La diferencia de presión entre el raudal superior del grifo y el raudal inferior es la fuerza de empuje, análoga a la diferencia de potencial en el circuito eléctrico.
       • La razón de flujo de agua del grifo es análoga al flujo de corriente en el circuito eléctrico, y la magnitud de dicho flujo es directamente proporcional a la presión diferencial entre el raudal superior y el raudal inferior del grifo.

6. Flujo

   • Sobre una placa plana
     • Un fluido viscoso fluye paralelo a una pared sólida de largo L a temperatura Tp > To
       • Al incidir tiene velocidad y temperatura uniforme (Uo, To)
         • Si el N° de Reynolds es "alto", los gradientes de velocidad y temperatura existen en franjas estrechas de espesores
           • La superficie impone velocidad nula en la superficie que tenía velocidad uniforme
   • A través de Banco de Tubos
     • Es particularmente importante para el diseño de intercambiadores de calor
       • Se estudia de manera experimenta, ya que es demasiado complejo como para tratarse en forma analítica
         • Para analizarlo se deben tener en cuenta todos los tubos del haz
         • Zukauskas ha propuesto correlaciones cuya forma general es:

7. Viscosidad

   • Es la resistencia que poseen algunos líquidos durante su fluidez y deformación
     • Mientras más resistencia posee un líquido para fluir y deformarse, más viscoso es
     • Es responsable de las fuerzas de fricción que actúan entre las capas del fluido
     • En los líquidos, disminuye con la temperatura

8. Flujo laminar

   • Es aquel donde el aire se desplaza en un mismo volumen y en una misma dirección
     • Re<2000. Las fuerzas viscosas son proporcionalmente más fuertes que las fuerzas de inercia.

9. Flujo turbulento

   • Es aquel en el que hay fluctuaciones todo el tiempo y las partículas invaden la trayectoria, mezclándose y desplazándose aleatoriamente
     • Re>4000. Las fuerzas viscosas son débiles comparadas con las fuerzas de inercia.

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