Transferencia de calor
Transferencia de calor de una parte de un cuerpo a otra del mismo cuerpo… o de un cuerpo a otro que esté en contacto físico, sin desplazamiento apreciable de las partículas del cuerpo.
Tipos de transferencia de calor
Estacionarios=estables.Sin cambio en el tiempo en cualquier punto dentro del medio de transferencia=è Temperatura y flujo de calor inalterados en el transcurso del tiempo. Ejemplo: la transferencia de calor a través de las paredes de la Sala será estacionaria cuando las condiciones en el interior y exterior de ella permanecen constantes durante horas.
Transitorios=No estables. Implica Variación en el tiempo.Ejemplo: el enfriamiento de un EXQUISITO CURANTO CHILOTE luego de destapada la olla (del Curanto). La temperatura de la almeja del primer plano, o pollo, o del chorizillo, o del caldo con alta proteína soluble, cambiará en el tiempo mientras se produce el enfriamiento. En transferencia de calor Transitoria, la Temperatura normalmente varía en el tiempo y también respecto de la posición. Esto es, la temperatura de la papa no será la misma de la almeja, ni sus velocidades relativas de enfriamiento luego de un cierto tiempo θ [h].}Existe una tercera posibilidad anexada al segundo tipo, y es el hecho de que siendo transitoria la transferencia bajo la condición especial que no exista variación con la posición: esto es =è almeja y pollo tienen siempre la misma temperatura, lo que señala que se enfrían a la misma velocidad, cambia uniformemente… en esa circunstancia se denomina: SISTEMA DE PARÁMETROS CONCENTRADOS, o de resistencia interna despreciable.
La naturaleza nos ofrece una gran manifestación de transferencia de calor TRANSITORIA, que los ingenieros analizamos suponiéndolas ESTACIONARIA…Los análisis son menos complejos. Consideraciones prácticas en ingeniería: peor ESCENARIO.
Temperatura varía en tres direcciones durante el proceso de transferencia de calor
Se describen por un conjunto de tres coordenadas, tales como x, y, z. La distribución de Temperatura se expresa: T (x, y, z).
En algunos casos la temperatura en un medio varía principalmente en dos direcciones primarias y la variación en la tercera dirección (y por tanto la transferencia de calor en esa dirección) es despreciable. El sistema es bidimensional; x, y. La distribución de Temperatura se expresa: T (x, y) Si unidimensional. T(x) Δx = L y área= A, ΔT= T1-T2
Ley de Fourier de la Conducción de calor
Los experimentos han demostrado que la velocidad de transferencia de Calor, Q, a través de la pared se duplica cuando se duplica la diferencia de temperatura ΔT de uno a otro lado de ella, o bien … se duplica el Área perpendicular a la dirección de transferencia.; pero se reduce a la mitad cuando se duplica el espesor L de la pared. Por tanto, se concluye que la velocidad de conducción de calor a través de una capa plana es proporcional a la diferencia de temperatura a través de ésta y al área de transferencia de calor; pero es inversamente proporcional al espesor de esa capa, es decir:
Qcond = kA (T1-T2) /Δx = kA ΔT/Δx [W]à Qcond = -kA (T2-T1) /Δx = kA ΔT/Δx [W]
En que k= conductividad térmica, capacidad de un material para conducir calor.
Convección
Transferencia de un punto a otro dentro de un fluido, un gas o un líquido, mediante la mezcla de una porción del fluido con otra.C. Natural: movimiento del fluido es debido a diferencias de densidad resultado de ΔT. Con alta frecuencia la CONVECCIÓN es el mecanismo más relevante en la transferencia de calor, ya sea relativo a gases o líquidos. En la aplicación industrial se transfiere calor de un fluido a través de una pared sólida a otro fluido. Esa es la práctica más común.
Fluido caliente a una temperatura elevada que circula por un lado de una pared metálica y un fluido frío que pasa por el otro lado. En el flujo turbulento de un fluido junto a un sólido, en la cercanía inmediata de la superficie de la pared metálica existe una zona relativamente tranquila de fluido que se denomina PELICULA. En esa película se desarrolla flujo laminar (subcapa laminar), en que se transfiere calor mediante mecanismo de CONDUCCIÓN MOLECULAR. La RESISTENCIA de la subcapa laminar al flujo de calor varía según su espesor. Va en rangos: 95 [%] (caso mayoría de fluidos) a 1 [%] (caso metales líquidos como cobre y hierro).
En NUCLEO TURBULENTO y la Capa de compensación entre la Subcapa Laminar y el núcleo turbulento ofrecen RESISTENCIA A LA TRANSFERENCIA DE CALOR. Resistencia que es función de: Turbulencia, Propiedades térmicas del fluido circulante. La diferencia relativa de temperaturas a través de cada una de las capas depende de su resistencia al flujo de calor.
Rapidez local de transferencia de calor
Consecuencia de la estructura compleja de una corriente de flujo turbulento y lo impracticable de la medición de los espesores de las diversas capas y sus temperaturas, se define la
RAPIDEZ LOCAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR entre fluido y sólido mediante las ecuaciones:
dq= hidAi(t1-t2) = (h0dA0(t3-t4)
En que hi y h0 son los
COEFICIENTES LOCALES DE TRANSFERENCIA DE CALOR DENTRO Y AFUERA DE LA PARED, respectivamente.