Trnsferencia De Calor

Unidades de Medición

Son patrones implementados por el hombre para darle sentido a la cuantificación de los fenómenos físicos. La capacidad de medir cantidades depende en alto grado de la tecnología con que se cuente. Por ejemplo la cantidad de energía proveniente del sol no podría medirse antes de la invención de los dispositivos capaces de detectarla. Varios dispositivos comunes permiten hacer mediciones sencillas. Así, con la cinta métrica se miden longitudes, mientras que con la balanza se mide la masa y con el termómetro la temperatura

Cuando se habla de medición, se puede hacer referencia a propiedades macroscópicas, que se determinan directamente, o a propiedades microscópicas, a escala atómica o molecular, que deben ser determinadas por métodos directos. Una unidad medida suele expresarse por un número seguido por unas unidades apropiadas dependiendo a la variable a expresar. Decir que la distancia entre Valencia y Caracas a lo largo de la autopista regional del centro es de 160, carece de significado. Se debe expresar que la distancia es de 160 kilómetros. Lo mismo es válido en el caso de la, física, química, la transferencia de calor y todas las variables que se puedan medir. Las unidades son indispensables para expresar en forma correcta las mediciones.

Las unidades fundamentales o básicas son: longitud, masa, temperatura, tiempo, corriente eléctrica, cantidad de sustancia y intensidad lumínica. De la combinación de estas se pueden derivar varias cantidades de unidades. Por ejemplo a partir de la unidad básica de longitud es posible definir el área y el volumen; a partir de las unidades básicas de longitud y tiempo se puede definir la velocidad y la aceleración; y a partir de las unidades básicas de longitud, masa y tiempo se puede definir la energía. También de la combinación de las unidades derivadas se pueden definir otras unidades como por ejemplo: de la masa en función de la aceleración (distancia sobre tiempo2) se define la fuerza, y de esta en función del área se puede definir la presión.

CONCEPTOS BÁSICOS

Calor: Fenómeno físico que aumenta la temperatura de un cuerpo y lo dilata, funde, volatiliza o descompone.

Calor Específico: Cantidad de calor que absorbe un kilogramo de un cuerpo para que aumente su temperatura en un grado. Se denota con las siglas Cp.

Calor Latente: Es aquel calor que sin aumentar la temperatura de un cuerpo, produce en él un cambio significativo, esto se puede observar el caso de la ebullición del agua (o cualquier otro cambio de fase o estado) en la que se puede apreciar que la temperatura a la cual comienza a hervir el agua es la misma hasta que esta termina de evaporarse por completo, pero durante este proceso se le suministrado al sistema una gran cantidad de energía en forma de calor.

En el caso de un fluido cuando este entrega o recibe calor latente es cuando hay mayor flujo o transferencia de calor.

Temperatura: Es el grado de calor que posee un cuerpo y se expresa en unidades de temperatura como lo son: °C (grados Celsius, antes llamado grado centígrado). °F (grados fahrenheit), K (grados kelvin) y °R (grados rankine).

Ejemplo: La temperatura de congelación del agua a una atmósfera de presión es de 0 °C ó 273,15 K ó 32 °F ó 491.67 °R.

Presión: La presión es la fuerza superficial que ejerce un fluido sobre las paredes del recipiente que lo contiene. En cualquier punto del interior del fluido existe también una determinada presión.

Se expresa en unidades de masa sobre superficie ejemplo: kilogramos sobre centímetro cuadrado (Kg/cm2), libras sobre pie cuadrado (lb/pie2 ó psi), etc.

Fluido: Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se le aplica una fuerza tangencial (de lado), por más pequeña que esta sea.

Densidad: Es la relación que existe entre la masa de un cuerpo y el volumen que ocupa esa masa y se expresa en unidades de masa sobre volumen como por ejemplo: gr/ml (gramos por o sobre mililitros), lb/pie3 (libras entre o por pie cúbicos), es decir, en el caso del agua, 1 gramo de agua ocupa un volumen de 1 cm3, con esto se tiene que la densidad del agua es 1 gr/cm3, para el caso de la gasolina para un volumen de 1 pie3 de esta se tiene un peso de 45 lb, es decir la densidad de la gasolina es de 45 lb/pie3 (0,72 gr/cm3), que comparados con la densidad del agua se puede apreciar que la gasolina es más liviana que el agua.

Viscosidad: La viscosidad es una medida de la resistencia de un fluido a fluir. A mayor viscosidad, el líquido fluye de modo más lento. La viscosidad de un líquido comúnmente disminuye cuando aumenta la temperatura; por lo que las melazas más calientes fluyen más rápido que las melazas frías. Se puede medir en unidades de cp. = gramos por centímetro por segundo (centipoise) ó en el caso de viscosidad cinemática St = 1cm/s (Stokes).

Ejemplo: En el caso de pasar agua y mayonesa por una tubería de características definidas, la mayonesa va a ofrecer mayor resistencia al paso a través de esta tubería en comparación con el agua, es decir, la mayonesa tiene mayor viscosidad que el agua.

Diferencias entre viscosidad y densidad

Densidad

1. Resistencia de un fluido a fluir.

2. Cantidad de masa en un determinado volumen.

3. Si se mantiene la cantidad de fluido y volumen constantes, la viscosidad si varía con la temperatura.

4. Si se mantiene la cantidad de fluido y volumen constantes, la densidad no varía con la temperatura.

5. En el caso del agua y el aceite el aceite es más viscoso que el agua.

6. En el caso del agua y el aceite, el agua es más densa que el aceite, por eso el aceite flota sobre el agua.

7. La viscosidad no se aplica a los sólidos.

8. La densidad si se aplica para los sólidos.

Humedad: Es la masa de vapor que acompaña a una unidad de masa de gas libre de vapor. De acuerdo con esta definición la humedad depende solamente de la presión parcial del vapor en la mezcla cuando la presión total está fijada.

Gas Saturado: Es un gas en el que el vapor esta en equilibrio con el líquido a la temperatura del gas. La presión parcial del vapor en un gas es igual a la presión de vapor del líquido a la temperatura del gas.

Humedad Relativa: Se define como la relación entra la presión parcial del vapor y la presión del líquido a la temperatura del gas. Generalmente se expresa en base porcentual, de forma de que 100 % de humedad corresponde a gas saturado y 0 % de humedad corresponde a gas exento de vapor.

Punto de Rocío y Punto de Burbuja: El punto de rocío es el punto en el cual al enfriar una mezcla gaseosa a una presión constante, condensa la primera gota de vapor.

El punto de burbuja es el punto en el cual al calentar una mezcla líquida a una presión constante, se forma la primera burbuja de vapor.

Los límites correspondientes a 0 y 10 % de vaporización son los puntos de burbuja y rocío, correspondientemente. Estos puntos ocurren a la misma temperatura a una presión constante.

La diferencia que existe entre el pto. De rocío y el de burbuja es la concentración ya que al formarse la primera gota de condensado (pto. de rocío) se está condensado el componente menos volátil que en el caso de una mezcla gaseosa de agua y alcohol, va a condensar primero el agua ya que esta es menos volátil que el alcohol; mientras que para la formación de la primera burbuja (pto. de burbuja) se está evaporando el componente más volátil que en este caso es el alcohol.

Fase líquida

Fase vapor

Diagrama de pto. De rocío y de burbuja para una mezcla de A y B.

Gradiente: Es el sentido en que alguna magnitud se hace mayor; en el caso del gradiente de temperatura en un intercambiador de calor el gradiente viene dado por la diferencia de temperatura que existe en el fluido de proceso de la entrada del intercambiador a la salida de este, ΔT = T2 – T1.

Estado Estacionario: Existe flujo estacionario, ó estado estacionario cuando el flujo en cada punto es independiente del tiempo. En este caso las propiedades del flujo del fluido en cada punto del campo de flujo no dependen del tiempo. Si el flujo en cada punto del campo varía con el tiempo, esto se designa como flujo no estacionario.

Velocidad: Es la relación que existe entre el camino recorrido y el tiempo que se emplea en recorrerlo, es decir, la rapidez con que se mueve un cuerpo.

Flujo Másico: Es cantidad de materia expresada en unidades de masa (Kilogramos, gramos, libras toneladas, etc.), que pasa por un área específica en un determinado intervalo de tiempo; y se expresa en unidades de masa por unidad de tiempo.

Ejemplo: Kg/h (número de kilogramos por cada hora), lb/min (número de libras por cada minuto), etc.

Caudal: Es cantidad de materia expresada en unidades de volumen (litros, galones, m3, etc.), que pasa por un área específica en un determinado intervalo de tiempo; y se expresa en unidades de volumen por unidad de tiempo.

Ejemplo: l/h (número de litros por cada hora), gal/min (número de galones por cada minuto), m3/seg (número de metros cúbicos por cada segundo) etc.

TRANSMISIÓN DE CALOR

Se ha descrito a la transferencia de calor como el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores, tratados usualmente de manera independiente. Los procesos de transferencia de calor se relacionan con las razones de intercambio

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