Transferencia de calor: mecanismos y leyes
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TRANSFERENCIA DE CALOR
Las leyes de la termodinámica (ley 0, 1era y 2da ley) tratan la transferencia de energía, pero solo se refieren a sistemas que están en equilibrio y solo pueden ser usadas para predecir la cantidad de energía requerida para cambiar un estado de equilibrio a otro, pero no sirve para predecir la rapidez con que pueden producirse estos cambios.
La ciencia de la transferencia de calor complementa las leyes de la termodinámica y puede ser utilizada para predecir la velocidad de transmisión de calor y los parámetros variables durante el proceso en función del tiempo.
Mecanismos de transferencia de calor
1) Conducción (medio Sólido): ºQk para que exista transferencia de calor por conducción se considera que el calor fluirá a través de un medio cuyas moléculas están fijas, es decir, en un medio sólido, ejemplo: metales, madera, plástico, etc. que obedecen a este mecanismo. y la ecuación que la rige es: ºQk= -KxAx AT/dx. Ley de Fourier
ºQk: calor de conducción ºQk= BTU/h
K: constante de conductividad del material k 0 BTU/hxpiexºF
A: área (pie2)
dX: espesor de material o lamina
dt: diferencial de temperatura
2)Convección: ºQc para que exista transferencia de calor por convección, se considerará que el calor fluirá a través de un medio cuyas moléculas o partículas presentan movimientos relativos, en fin, en un medio fluido. (aire, agua, aceite) esto depende del medio fluido.
Tipos de convección:
a)Coveccion Natural: se debe al gradiente térmico (AT) o hacia donde va el calor y se justifica por la diferencia de densidades que aparecen debido a las diferentes temperaturas
b)Conveccion Forzada: se lleva a cabo por la utilización de medios mecánicos Ej.: ventiladores, bombas, agitadores, y extractores.
“h” en la conveccion forzada depende de:
1-De la velocidad de circulación del fluido
2-De la densidad del fluido
3-Del calor especifico de la sustancia
4-Del diámetro de la tubería
5-De la viscosidad del fluido
6-De la conductividad térmica del material
2)Radiación: ºQrúnico mecanismo de transferencia de calor que no necesita de un medio para darse, incluso se da en el vacío a través de ondas electromagnéticas, si la radiación pasa a través de un espacio no se transforma en calor ni en otra forma de energía, no se desvía de su trayecto, sin embargo, si encuentra algún material se transferirá, se reflejara o absorberá. Solo la energía absorbida es la que aparece como calor y esta transformación es cuantitativa.La ecuación que la rige será:
ºQr =L.A (Tf4-Ti4) à ley de radiación Stefan Bolzman