Mecanismos de Transporte de Calor

Mecanismos de Transporte de Calor

La transferencia de calor es un proceso mediante el cual se transmite energía de un medio material a otro de menor temperatura, estudia las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores.

Existen tres tipos de mecanismos de calor:

• Conducción de calor

• Convección de calor

• Radiación de calor

Conducción de calor

La conductividad calórica K es una propiedad que interviene en la mayor parte de los problemas de transmisión de calor. La conductividad calorífica puede ser a través de un gas líquido o sólido.

∆

Para valores de ∆𝑇 pequeños se cumple la ecuación = 𝐾 esta ecuación describe los procesos de conducción que tiene lugar en sólidos, líquidos y gaseosos.

Ley de Fourier

𝑑𝑇

𝑞 = −𝑘𝐴

𝑑𝑥

•

•

•

• q= rapidez de transferencia de calor k= constante de conductividad térmica A= área

= gradiente de temperatura

De forma tridimensional la ley de Fourier: establece que el vector densidad de flujo de calor que es proporcional al gradiente de temperatura 𝑣̅𝑇 𝑞 = −𝑘𝑣̅𝑇

Convección de calor

Es la trasferencia de calor entre paredes relativamente calientes y frías de un fluido por medio de una mezcla y esta se debe al movimiento del fluido

Ley de enfriamiento de Newton

q= h A(𝑇 − 𝑇

•

•

•

• h= constante de conductividad

𝑇 =temperatura final

𝑇 = temperatura inicial

A= área de contacto

𝛽 𝑔 𝜌 𝐿 ∆𝑇 𝛽 𝑔 𝐿 ∆𝑇

𝐺𝑟 = =

𝜇 𝜈

𝐶𝑝 𝜇

𝑃𝑟 =

𝑘 Nu= 𝑎(𝐺𝑟 Pr)

Nu=

Radiación de Calor

Involucra de trasferencia de radiante desde una fuente, a un recibidor. Parte de energía se absorbe por el recibidor y parte es reflejada por el mismo

Ley de Stefan – Boltzman

• 𝜎= constante de Stefan – Boltzman (𝜎 = 5.67 . 𝑥10 𝑊 𝑚 𝑘

𝑞 = 𝜎𝐴 (𝑇 − 𝑇 ) • A= área

• 𝑇 = temperatura inicial

• 𝑇 = temperatura final

Calculo de conductividad calorífica (k)

Existen 3 métodos para calcular la conductividad calorífica (k), que son los siguientes:

• Método ownes

Son métodos gráficos

• Método lenoir

• Método de Chapman

• K= conductividad térmica

• T= temperatura

• M= peso molecular

𝑘 = 1.9891𝑥10

𝜎 Ω • 𝜎= parámetro lennard – Jones

• Ω = conductividad

EJERCICIO DE RADIACION

Calcular 𝐾 formada por los siguientes componentes a 35 atm y 135℃ por el método analítico de Chapman, los datos se obtendrán de los apéndices del libro Bird (tablas B-1 y B-2)

𝑥 M 𝜎 ∈/𝑘 𝐾𝑇/∈ 𝑇 𝑃 𝑇 ∗ 𝑥 𝑃 ∗ 𝑥 Ω 𝐾 K*𝑥

𝑁 0.2965 28.02 3.681 91.5 4.4606 126.2 33.5 37.4183 9.9327 0.9474 5.9138x10 1.7535𝑥10

CO 0.3279 28.01 3.590 110 3.7104 133 34.5 43.6107 11.3125 0.9863 5.9732𝑥10 1.9586𝑥10

𝑆𝑂 0.2813 64.07 4.290 252 1.6196 430.7 77.8 121.1559 21.8851 1.2731 2.1427𝑥10 6.0274𝑥10

𝐶 𝐻 0.0943 30.07 4.418 230 1.7745 305.4 48.2 28.7992 4.5452 1.2276 3.0683𝑥10 2.8934𝑥10

Para 𝑁

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