Fundamentos de la Transferencia de Calor: Conducción, Convección y Radiación, Apuntes de Física

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Siempre que existe una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de temperatura más baja; de acuerdo con los conceptos termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de temperatura, es el calor.

La transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar la metodología que conduzca al diseño térmico de los sistemas correspondientes.

Para realizar un análisis de transferencia del calor es necesario considerar tres mecanismos diferentes, conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, aunque lo normal es que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos resultan más complejos de estudiar.

Comúnmente

La conducción es un fenómeno que se produce dentro del cuerpo, mientras que la convección y la radiación, se producen en la superficie

Nota:

Sin importar el numero de mecanismos que se presenten se siguen aplicando las leyes básicas de la física y la termodinámica.

La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los tres estados de la materia: sólido líquido y gaseoso. La conducción es básicamente un mecanismo de cesión de energía entre partículas contiguas. La energía de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura. Esta energía puede pasar de una molécula a otra contigua y de esta a la siguiente y así sucesivamente ya sea por choque entre partículas, en los fluidos o por vibraciones reticulares en los sólidos.

Velocidad de Conducción de calor ∞

(Área)(delta de Temperatura) Espesor

Las unidades son unidades de Energía entre Tiempo

La transferencia de calor por convección que ocurre entre un fluido en movimiento y una superficie limitante, cuando estos tienen diferentes temperaturas.

El objetivo es hallar h (coeficiente de TC por convección) que depende múltiples factores.

Propiedades del fluido. Velocidad del fluido (Tipo de flujo: Re) Geometría de la superficie (Re y ε). Diferencia de temperaturas.

La transferencia de calor por Radiación ocurre en cualquier medio, incluso en el vacio, y dentro de los sólidos.

Todo cuerpo que se encuentre por encima del cero absoluto emite radiación térmica.

El objetivo es hallar ε (emisividad de la superficie) que depende múltiples factores.

Material y color Geometría de la superficie. Diferencia de temperaturas.

Las temperatura se deben manejar en escala absoluta.