ASIGNATURATRANSFERENCIA DE CALOR

Dr. Fernando Orozco FerreyraM. en I. Sandra Luz Martnez VargasIQ. J. Francisco Barrera Pichardo

CONTENIDOINTRODUCCINUNIDAD I TERMINOS RELACIONADOSUNIDAD II PROCESOS DE TRANSFRENCIA DE CALORUNIDAD III TEMPERATURAUNIDAD IV INTERCAMBIADORES DE CALORUNIDAD V CONDENSADORESBIBLIOGRAFA

INTRODUCCINCuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura.

El calor se puede transferir mediante conveccin, radiacin o conduccin.

INTRODUCCINAunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calorse trasmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.

TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOR

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Transferencia de CalorGradiente de TemperaturaTemperaturaViscosidadConductividad trmicaEntalpaCapacidad Trmica

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORTemperatura

La temperatura de un cuerpo es su estado trmico considerado con referencia a su capacidad de comunicar calor a otros cuerpos. Esto es fcil de demostrar cuando dos objetos se colocan juntos (los fsicos lo definen como contacto trmico), el objeto caliente se enfra mientras que el ms fro se calienta hasta un punto en el cual no ocurren ms cambios, y para nuestros sentidos, ambos tienen el mismo grado de calor.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORCuando el cambio trmico ha parado, se dice que los dos objetos (los fsicos los definen ms rigurosamente como sistemas) estn en equilibrio trmico.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREntonces podemos definir la temperatura de un sistema diciendo que la temperatura es aquella cantidad que es igual para ambos sistemas cuando ellos estn en equilibrio trmico. Una escala de temperatura es una graduacin arbitraria, referida a un punto fijo (por ejemplo, punto de congelacin)

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREntalpa: los cambios trmicos en un sistema a presin constante se expresan adecuadamente mediante una funcin de H llamada entalpa o contenido calorfico de un sistema. Esta funcin se define por la relacin: H=E+PV

donde P y V son la presin y el volumen del sistema.

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Como E y PV se encuentran caracterizadas por el estado del sistema, H es tambin una funcin de estado. El cambio de entalpa, H , puede escribierse como: H =H2-H1

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORDonde H1 y H2 son la entalpa en el estado inicial y en el estado final respectivamente.

A presin constante H representa el calor absorbido en pasar del estado incial al final.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORViscosidad

Propiedad de los fluidos, que se puede evaluar haciendo dos suposiciones:

1. donde existe una interfase slido-lquido, no hay corrimiento entre el slido y el lquido2. el esfuerzo de corte es proporcional al esfuerzo en direccin perpendicular al movimiento (Newton)

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORAplicando la regla de Newton, si es el esfuerzo de corte:

= du/dy

donde es una constante de proporcionalidad o:

= /(du/dy )

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en los slidos se origina una deformacin y es equivalente al mdulo de elasticidad y en los lquidos origina una deformacin a un ritmo dado

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORVu Y

y

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El corte es producido manteniendo la pelcula del lquido entre una placa estacionaria a una distancia Y de una placa mvil que se desplaza con velocidad V; en cualquier punto de la pelcula la velocidad u es dada por u=Vy/y

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORSe establece una razn de corte, dada por

Razn de corte = du/dy = V/Y = V/YLa fuerza real requerida para mover la placa es A. Si F es libra-fuerza, L longitud y tiempo, las dimensiones de la viscosidad son: =F / L

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORusando libra-masa M, donde F=Mg y g=L, la aceleracin de la gravedad; la viscosidad es: = M/L

Cuando se evala en unidades mtricas cgs se llama viscosidad absoluta: = gramos-masa/(centmetros)(segundo)

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Operaciones UnitariasSonAquellas donde le cambio es esencialmente fsicoComoFlujo de FluidosTransferencia de CalorDestilacin

Entre otras

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORTransferencia de Calor, se ocupa:El anlisis de la velocidad de transferencia de calor que ocurre en un sistema o entre sistemas

Estudia las leyes que rigen el flujo de calor

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UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORConduccin

En los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la conduccin. Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccin de calor en los slidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura.

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Esta teora explica por qu los buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos conductores del calor.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREn 1822, el matemtico francs Barn Joseph Fourier dio una expresin matemtica precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de seccin transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORConduccin:

T de C a travs de un material fijoLa direccin del flujo de calor ser a ngulos rectosdQ=kA(- dt/dx) Btu/hr

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORConveccin

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casi seguro que se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORSi el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido ms caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido ms fro y ms denso desciende.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREste tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina conveccin natural. La conveccin forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecnica de fluidos.

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORConveccin: involucra el intercambio de energa entre un fluido y una superficie o interfase

Conveccin forzadaConveccin natural o libre

q=hAT

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORSi un objeto est colocado dentro de un recipiente cuyas paredes estn a temperatura uniforme, se espera que el objeto alcance el equilibrio trmico con las paredes del recipiente y el objeto pueda emitir energa radiante semejante a las paredes del recipiente. As un objeto absorbe e irradia la misma cantidad de energa. Ahora las superficies negras absorben toda la radiacin incidente sobre ellos y estos pueden irradiarla de la misma manera si estn en equilibrio trmico. La radiacin en equilibrio trmico es llamada Radiacin de cuerpo negro.

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Radiacin La radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccin y la conveccin: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco. La radiacin es un trmino que se aplica genricamente a toda clase de fenmenos relacionados con ondas electromagnticas. Algunos fenmenos de la radiacin pueden describirse mediante la teora de ondas, pero la nica explicacin general satisfactoria de la radiacin electromagntica es la teora cuntica.

La primera relacin entre la temperatura y la energa radiante fue deducida por J. Stefan en 1884 y tericamente explicada por Boltzmann con la siguiente ecuacin:

Donde la energa total es por unidad de rea por segundo emitido por un cuerpo negro, T es la temperatura absoluta y la constanteStefan-Boltzmann. UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOR

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Radiacin:La T de C por radiacin no requiere de un medio para propagarse

dQ= dT4

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORConclusin:

La mayora de los procesos fsicos y qumicos implican transmisin o transferencia de energa interna como un flujo de calor:

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREnerga generada por reaccin de combustibles se transforma en trabajo, mediante motores de combustin interna, turbinas de gas, calderas, condensadores, intercambiadores, etc

En reacciones qumicas se libera o se absorbe energa

UNIDAD I TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALOREs indispensable conocer y manejar las caractersticas y las leyes del flujo trmico en cada parte de los procesos para un acertado diseo, construccin y operacin de los equipos y sistemas en tales procesos, logrando una optimizacin del proceso

BIBLIOGRAFAKERN, DONALD, PRINCIPIOS DE TRANSFRENCIA DE CALOR McgRAW HILL, MEXICO 1995HOLMAN, J. TRANSFERENCIA DE CALOR McGRAW HILL ESPAA 1998KREITH, FRANK PRINCIPIOS DE TRANSFRENCIA DE CALOR THOMPSON MEXICO 2000