Mecanismos de transferencia de calor.

INDICE

Introducción        

1.        Transmisión de calor        

1.        Mecanismos de transferencia de calor.        

1.1        Transmisión por conducción.        

1.2        Transmisión por convección.        

1.3        Transmisión por radiación        

2.        Características de los equipos de transferencia de calor        

3.        Equipos de transferencia de calor, usos industriales, ventajas y desventajas.        

3.1        Clasificación        

4.        Calor latente        

5.        Calor sensible        

6.        Capacidad calorífica        

Conclusiones        

Introducción

La transferencia de energía en forma de calor es muy común en muchos procesos químicos y en otros tipos. La transferencia de calor suele ir acompañada de otras operaciones unitarias, tales como secado, destilación combustión y evaporación.

El proceso realizado en la industria alimenticia, salud, y generación de potencia que son preocupaciones vitales para la humanidad han llevado el desarrollo de la transferencia de calor como una ciencia, por lo que es importante para el ingeniero el conocimiento de dicha disciplina.

En la primer parte se dará una información introductoria a la transferencia de calor, seguida por los mecanismos de transferencia de calor; conducción, convección, radiación.

Posteriormente se hará mención de las características de los equipos de transferencia de calor así como la clasificación de éstos de acuerdo al proceso de transferencia, a los mecanismos de transferencia de calor, al número de fluidos involucrados, disposición de fluidos, compactación de la superficie, y tipo de construcción  haciendo hincapié en  éstos últimos por ser los más empleados  en la industria.

En la última parte de este trabajo se incluyen los conceptos de calor latente, calor sensible y capacidad calorífica relacionadas con el tema central de este trabajo.

1. Transmisión de calor

La transferencia de calor es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energía que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperatura. La termodinámica enseña que esta transferencia de energía se define como calor. La ciencia de la transferencia de calor pretende no sólo explicar cómo la energía térmica puede ser transferida, sino también predecir la rapidez con la que, bajo ciertas condiciones específicas, tendrá lugar esa transferencia. El hecho de que el objetivo deseado del análisis sea la rapidez de la transferencia del calor, señala la diferencia entre la transferencia de calor y la termodinámica.

La termodinámica trata sistemas en equilibrio; puede usarse para predecir la cantidad de energía requerida para llevar un sistema desde un estado de equilibrio a otro; no puede usarse, en cambio, para predecir lo rápido que será el cambio, ya que el sistema no está en equilibrio durante el proceso. La transferencia de calor complementa los principios primero y segundo de la termodinámica, al proporcionar leyes experimentales adicionales que se usan para establecer la rapidez de la transferencia de energía. Como en la ciencia de la termodinámica, las leyes experimentales usadas como base para la transferencia de calor son bastante simples y fácilmente extensibles, de modo que abarcan gran variedad de situaciones prácticas.

Como un ejemplo de los diferentes tipos de problemas que son tratados por la termodinámica y por la transferencia de calor, considérese el enfriamiento de una barra de acero caliente que se introduce en un cubo con agua. La termodinámica puede utilizarse para predecir la temperatura final de equilibrio del conjunto barra de acero-agua. La termodinámica no dirá cuánto tiempo se tarda en alcanzar la condición de equilibrio.

La transferencia de calor puede utilizarse para predecir la temperatura de la barra y del agua como función del tiempo.

1. Mecanismos de transferencia de calor.

Existen tres formas diferentes en las que el calor puede pasar de la fuente al recibidor, aun cuando muchas de las aplicaciones son combinaciones de dos o tres.

Estos mecanismos son: conducción, convección, radiación.

1. Transmisión por conducción.

La transmisión por conducción se produce cuando la energía se propaga debido a los choques entre las partículas, de forma que en cada choque las partículas ceden parte de su energía cinética a las partículas con las que interaccionan, todo ello sin que haya transporte neto de materia.

Este tipo de transmisión es el que tiene lugar al calentar una barra metálica por un extremo: en ese punto las partículas del metal comienzan a moverse más rápidamente, chocan con las partículas vecinas y la energía se transmite hasta alcanzar el otro extremo, que aumenta su temperatura. Este tipo de transmisión es característico de los sólidos, ya que los líquidos conducen muy mal y los gases prácticamente no conducen. Dentro de los sólidos existen muy buenos conductores, como los metales y malos conductores, como la madera o el papel.

[pic 1]

[pic 2]

Donde:

[pic 3]  Es el calor transmitido por unidad de tiempo.

[pic 4]      Es la conductividad térmica.

[pic 5]     Es el área de la superficie de contacto.

[pic 6]  Es la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el frío.

 [pic 7]      Es el espesor del material.

1. Transmisión por convección.

La transmisión por convección es típica de los fluidos (líquidos y gases). En ella se produce un transporte de energía asociado al desplazamiento de masas de fluido dentro del propio fluido, debido a las diferencias de densidad originadas por las distintas temperaturas de unas zonas y otras. 

La atmósfera o los océanos tienen dinámicas debidas a esta forma de transmisión de calor.

En un fluido las zonas más calientes tienen mayor volumen y por tanto menor densidad, por lo que ascienden sobre las zonas más frías que por la misma razón descienden, dando lugar a las denominadas corrientes de convección, que provocan que la temperatura se iguale en todo el volumen. Este proceso tiene lugar tanto en el calentamiento de una cacerola o al caldear una habitación mediante la calefacción. La diferencia de densidades también es la responsable del vuelo de los globos aerostáticos, al ser menos denso el aire caliente contenido en el interior que el que hay en el exterior.

[pic 8]

[pic 9]

Donde:

 [pic 10] Es el coeficiente de convección

[pic 11]  Es el área del cuerpo en contacto con el fluido

 [pic 12] Es la temperatura en la superficie del cuerpo 

 [pic 13] Es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.

1.  Transmisión por radiación

Los dos medios de transmisión anteriores precisan de un medio material, pero sin embargo recibimos continuamente la energía del Sol a través del vacío cósmico, por lo que deberá existir una tercera forma de transmisión del calor: se trata de la transmisión por radiación. Todos los cuerpos radian energía, tanto más cuanto mayor sea su temperatura.

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