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Este documento ofrece definiciones y formulas de la transferencia de calor por conducción, convección y radiación, incluyendo la ley de Fourier y la ley de Newton del enfriamiento. Además, se explican los conceptos de convección natural y forzada, y se presentan diferentes tipos de intercambiadores de calor.
Tipo: Ejercicios
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Ángeles Sánchez Juan Eduardo Becerril Baleón Fernando Canseco Colin Julianna Martínez Valencia Norma Santamaria Monsalve César Fecha de entrega: 01/09/
1. Definición de transferencia de calor por conducción fórmula que representa este calor con unidades. Para poder definir la transferencia de energía como calor se tiene que tener en cuenta que el calor siempre se transmite del medio que tiene la temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja, y la transferencia de calor se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura. El calor se puede transferir en tres modos diferentes: conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energéticas de una sustancia hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en los sólidos, líquidos o gases. En los gases y líquidos la conducción se debe a las colisiones y a la difusión de las moléculas durante su movimiento aleatorio. En los sólidos se debe a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una retícula y al transporte de energía por parte de los electrones libres. (Cengel Y.A, 2011, pág 18) La rapidez o razón de la conducción de calor a través de un medio depende de la configuración geométrica de éste, su espesor y el material de que esté hecho, así como de la diferencia de temperatura a través de él. Entre más grueso sea el aislamiento, menor será la pérdida de calor. La conducción se puede obtener por medio de la Ley de Fourier que dice que la rapidez de conducción del calor a través de un medio es proporcional al gradiente de temperaturas y se representa en unidades de W como: 𝑞 = − 𝑘 𝑑𝑇 𝑑𝑥 Donde la constante de proporcionalidad k es la conductividad térmica del material, que es una medida de la capacidad de un material para conducir calor. _*Información recuperada de bibliografía 3.
temperatura. Todos los cuerpos a una temperatura arriba del cero absoluto emiten radiación térmica. Cuando dos cuerpos intercambian calor, el intercambio neto es proporcional a la diferencia de T^4 de acuerdo a la Ley de Stefan Boltzmann, esto representado en W por: 𝑞 = σ𝐴 (𝑇 1 4 − 𝑇 2 4 ) A continuación se puede observar un ejemplo dónde se identifican los tres tipos de transferencia de calor previamente mencionados: Imagen 2. Ejemplificación de los tipos de transferencia de calor *Información recuperada de bibliografía 3.
5. ¿Cómo varía la transferencia de calor con un incremento de la velocidad del flujo de calor para la operación en contracorriente? En los intercambiadores de calor con disposición a contracorriente, la sección más caliente de fluido a mayor temperatura intercambia calor con la sección más caliente del fluido a menor temperatura, siguiente el orden natural de la transferencia de temperatura, siempre el más caliente pasa calor al más frío, al aumentar la velocidad del flujo de calor en la disposición a contracorriente la transferencia de calor será mayor debido a que el flujo turbulento y a alta velocidad mejoran la tasa de transferencia de calor. 6. Mencione los diferentes tipos de intercambiadores de calor que existen y cómo funcionan, así como un diagrama representativo Existen dos tipos principales de intercambiadores de calor: ● Intercambiador de calor directo : Ambos medios se encuentran en contacto directo el uno con el otro. Se da por hecho que los fluidos no se mezclan
entre sí. Un ejemplo de este tipo de intercambiador de calor es una torre de refrigeración, en la que el agua se enfría mediante el contacto directo con el aire. ● Intercambiador de calor indirecto : Dos fluidos se encuentran separados por una pared a través de la cual se transfiere el calor. Los más utilizados en la industria son: a) Intercambiador de calor de placas soldadas La elección perfecta para: ● Temperaturas extremas (hasta 550 grados) ● Pequeño espacio ● Presiones de diseño extremadamente altas Beneficios: ● Transferencia de calor eficiente (soldadura de las placas de cobre) ● Libre de mantenimiento ● Larga vida útil
● Cambios de capacidad Beneficios: ● Alta eficiencia energética ● Seguridad operacional ● Facilidad de servicio y bajos costos de mantenimiento *Información recuperada de bibliografía 1.
7. ¿Qué efecto tiene un incremento de densidad en la transferencia de calor en un equipo de tubos y coraza? Para gases y líquidos, es crucial que se tome en cuenta la densidad que presenta el fluido, o las diferencias de densidad que presentan ambos fluidos. La convección natural es lo opuesto a la convección forzada, y es cuando el movimiento del fluido es causado por las fuerzas de empuje, las cuales a su vez son inducidas por diferencia de densidad en dos fluidos. Las fuerzas de inercia en el número de Reynolds son proporcionales a la densidad. _*Información recuperada de bibliografía 4.
10. Cuidados/ Diagrama del equipo a usar Cuidados del equipo La importancia del mantenimiento en los equipos de transferencia de calor, se manifiesta en una buena operación, menor número de fallas, mejoramiento de la eficiencia y alargamiento de la vida útil del equipo. En los equipos de transferencia de calor que operan a presiones relativamente altas, las principales fallas se localizan en las tuberías, y son las causas principales de la salida de servicio de un equipo. Dentro de las fallas que pueden presentarse en las tuberías, se mencionan como las principales, las siguientes:
Imágen 1. - Diagrama de cambiador de calor de tubos concéntricos (conmutador de calor), del manual de laboratorio. Bibliografía
Recuperado de: https://repository.usta.edu.co/bitstream/handle/11634/2863/Guillenedinson2015.pdf
