1 UNIDAD 1 CONCEPTOS BASICOS

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UNIDAD 1 CONCEPTOS BASICOS
Conducción. Convección. Radiación. Mecanismos simultáneos de transferencia de calor
- La transferencia de calor siempre se produce del sistema de temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja. La transferencia de
calor se detiene cuando los dos sistemas alcanzan la misma temperatura. La energía no se transfiere de un sistema de temperatura baja a otro de
temperatura más alta si no se realiza trabajo.
- Los mecanismos básicos de transferencia de calor son: CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN y RADIACIÓN.
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CONDUCCIÓN
- La conducción es el mecanismo de transferencia de calor debido a la interacción entre partículas adyacentes del medio. No se produce
movimiento macroscópico de las mismas. Puede tener lugar en sólidos, líquidos y gases aunque es característica de los sólidos, puesto que en
gases y líquidos siempre se producirá convección simultáneamente.
- La CONDUCTIVIDAD TÉRMICA ( k ) es una medida de la capacidad del material para conducir el calor. Sus unidades en el S.I. son: W / ( m*
ºC ). En general, la conductividad térmica depende de la temperatura. En la práctica se evalúa la conductividad térmica a la temperatura
promedio y se considera constante. Para los materiales anisótropos ( las propiedades dependen de la dirección que se considere ) la
conductividad térmica depende de la dirección considerada. Por ejemplo, la conductividad térmica de la madera en sentido transversal a la fibra es
diferente a la que se tiene en sentido paralelo a la misma.
- La DIFUSIVIDAD TÉRMICA ( a) estima cuán rápido se difunde el calor por un materíal y se define como: a= k / ( ro * Cp ) . Unidades: m2 / s
-- k: conductividad térmica
-- ro: densidad
-- Cp: calor específico a presión constante
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CONVECCIÓN
- La convección es el modo en que se transfiere la energía entre una superficie sólida y el fluido adyacente ( líquido o gas ) . Comprende los
efectos combinados de la conducción y el movimiento del fluido. Existe movimiento macroscópico de las partículas del fluido. Cuanto más
rápido es el movimiento del fluido mayor es la transferencia de calor por convección. En ausencia de dicho movimiento la transferencia de calor
entre una superficie sólida y el fluido adyacente sería por conducción pura.
- CONVECCIÓN FORZADA: el fluido es forzado a fluir sobre la superficie mediante medios artificiales ( ventiladores, bombas, etc )
- CONVECCIÓN NATURAL: el movimiento del fludio es debido a causas naturales. Las fuerzas de empuje son inducidas son inducidas por la
diferencia de densidad debida a la variación de temperatura en ese fluido.
- Los procesos de transferencia de calor que comprenden cambio de fase de un fluido también se consideran convección por el movimiento
inducido de dicho fluido durante el proceso. Por ejemplo la ascensión de las burbujas de vapor durante la ebullición o el descenso de las gotas de
líquido durante la condensación.
- La convección se modela matemáticamente mediante la Ley de enfriamiento de Newton cuya expresión es: Q-punto = As*h* ( Ts - Tf ) ó
q-punto = h * ( Ts - Tf )
Donde:
-- As: área de la superficie de transferencia
-- h: coeficiente de película o coeficiente de transferencia de calor por convección
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-- Ts: temperatura de la superficie de transferencia
-- Tf: temperatura del fluido
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RADIACIÓN
- La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas ( o fotones ) , como resultado de los cambios en las
configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas. En lo que respecta a la transferencia de calor es de interés la radiación térmica o forma de
radiación emitida por los cuerpos debido a su temperatura. La radiación térmica suele corresponder a la banda de frecuencias del infrarrojo.
- Todos los cuerpos a una temperatura por encima del 0 absoluto emiten radiación térmica. La radiación es un fenómeno volumétrico y todos
los sólidos, líquidos y gases emiten, absorben o reflejan radiación en diversos grados. Sin embargo la radiación térmica suele considerarse como
un fenómemo superficial para los sólidos que son opacos a la radiación térmica, como los metales, la madera y las rocas, ya que la radiación
emitida por las regiones interiores de un material de este tipo nunca pueden llegar a la superficie y la radiación incidente sobres esos cuerpos suele
absorberse en unas cuantas micras hacia dentro en dichos sólidos. A diferencia de la conducción y la convección la radiación no necesita un
medio de transmisión y puede ocurrir en el vacío. La transferencia de calor por radiación es la más rapida, a la velocidad de la luz. No sufre
atenuación en el vacío.
- A diferencia de la conducción y la convección, la radiación no necesita un medio de transmisión y puede ocurrir en el vacío. La transferencia de
calor por radiación es la más rapida, a la velocidad de la luz. No sufre atenuación en el vacío.
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MECANISMOS SIMULTÁNEOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
- La conducción y la convección no existen simultáneamente.
- Puede haber:
a ) Radiación
b ) Conducción
c ) Convección
d ) Radiación + conducción
e ) Radiación + convección
- La transferencia de calor en el vacío sólo se puede producir por radiación, puesto que tanto la conducción como la convección requieren la
presencia de un medio material.
- En caso de existir dos mecanismos simultáneamente actúan en paralelo.