Mecanismos y leyes fundamentales de la Transferencia de Calor.

Introduccin.Definicin de la transferencia de Calor.Relacin entre la Transferencia de Calor y la Termodinmica.Mecanismo y ley de la conduccin.Mecanismo y ley de la conveccin.Mecanismo y ley de la radiacin.Transferencia de Calor simultnea.

IntroduccinLa transferencia de calor aporta los conocimientos y habilidades para el anlisis y simulacin de procesos.

Proporciona las bases para el diseo, instalacin y mantenimiento de sistemas trmicos.

Determina la rapidez en que se transfiere el calor durante la generacin de vapor y procesos de condensacin en plantas de potencia.

En nuestras actividades diarias se observan los resultados de la transferencia de Calor.

DefinicinEl calor es energa en transito, debido a una diferencia de temperatura. La transferencia de calor es el rea de la ingeniera que trata de los mecanismos y leyes que se encargan de transferir esta energa a travs de un cuerpo o entre cuerpos, cuando existe dicha diferencia de temperatura.

Relacin entre la Transferencia de Calor y la termodinmicaLa Termodinmica se ocupa de la conservacin de la energa y la direccin en que sta se puede transferir; enfocndose sobre todo a los sistemas en equilibrio.La Transferencia de calor se ocupa tanto de los sistemas en equilibrio como en desequilibrio, y permite determinar la razn con respecto al tiempo, de energa transferida provocada por un desequilibrio de temperaturas.

Mecanismo y ley de la conduccinLa conduccin es el proceso de propagacin de energa en un cuerpo o entre cuerpos a distintas temperaturas por contacto molecular directo.

La ley de Fourier establece que el flujo de calor transferido es directamente proporcional al gradiente de temperaturas, pero inversamente proporcional a la resistencia trmica. La ecuacin que gobierna este mecanismo puede escribirse matemticamente como:

Mecanismo y ley de la conveccinLa conveccin es el proceso de transporte de energa que resulta como consecuencia del movimiento de un fluido.

La ley que rige este mecanismo se conoce como la ley de Newton de enfriamiento y establece que el flujo de calor transferido por conveccin, es proporcional a la diferencia de temperaturas entre la de la superficie del cuerpo y la del fluido, pero inversamente proporcional a la resistencia trmica del fluido que transporta el calor. Matemticamente se escribe como:

Mecanismo y ley de la radiacinLa radiacin es el proceso de transporte de energa mediante ondas electromagnticas, aceptando que dichas ondas se propagan en el vaco.

La Ley que gobierna el mecanismo de la radiacin se denomina ley de Stefan Boltzman y suele ser escrita tanto para cuerpos negros como para cuerpos grises.

DefinicionesEspectro electromagntico: Conjunto de ondas hertzianas, cuyas longitudes difieren segn sea el tipo. Las hay desde los rayos csmicos hasta el ultrasonido, pasando por los rayos gamma, rayos x, radiacin trmica, radar y radio.

Radiacin Trmica: Energa radiante emitida por un cuerpo en virtud de su temperatura y la escala de longitudes de onda. Dicha radiacin se encuentra entre 0.1 y 100 micrones; e incluye la radiacin ultravioleta, la visible, y el infrarrojo.

Cuerpo negro: Es el cuerpo que emite y absorbe la mxima cantidad posible de radiacin, a cualquier temperatura y en cualquier longitud de onda.

Cuerpo gris: Es aquel que emite radiacin a una temperatura dada una fraccin constante de la emitida por un cuerpo negro, a cada longitud de onda.

Emitancia La emitancia es la propiedad que tienen los cuerpos de emitir energa. En el caso del cuerpo negro es la unidad, pero en los cuerpos grises es menor que la unidad. Esta propiedad depende de la temperatura de la superficie del cuerpo y de su acabado.

La radiacin entre cuerpos negros o grisesCuando se transfiere energa radiante entre cuerpos negros o grises, la ley de Stefan Boltzmann puede expresarse como sigue:

Absortancia, Reflectancia y TransmitanciaCuando un haz de radiacin monocromtica (una sola longitud de onda) incide sobre la superficie de un cuerpo, Parte de ese haz puede ser absorbido, parte reflejado y parte transmitido; dependiendo si el cuerpo es opaco, reflector o transparente. Esto puede ser expresado de la siguiente manera:

Transferencia de Calor simultnea An cuando se estudiaron por separado los mecanismos de la Transferencia de Calor, en la prctica nunca lo estn . Para constatar lo dicho es necesario citar varios ejemplos:

Convector.Caldera.Foco incandescente.Enfriador de aceite.Radiador de automvil.Transformador.Colector solar.Radiacin solar.Calentamiento de edificios.Refrigeracin y aire acondicionado.