REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN
ELABORACIÓN DE UNA GUÍA DE EJERCICIOS SOBRE MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Trabajo de Recuperación de Índice como requisito Parcial para Optar al Título de Ingeniero Industrial
Autor: Br. Alberto Lira Bucarito C.I: 17.008.982 Tutor: Ing. Yulyana Salazar
REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELA INSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
“SANTIAGO MARIÑO” EXTENSIÓN MATURÍN
ACTA DE EVALUACION DEL TRABAJO DE RECUPERACION DE INDICE
Quien suscribe, ING. YULYANA SALAZAR, titular de la Cédula de Identidad N° 15.814.987, en mi carácter de tutor académico del informe final del trabajo de recuperación de índice, presentado por el bachiller, EDUARDO ALBERTO LIRA BUCARITO, titular de la Cédula de Identidad N° 17.008.982, como requisito indispensable para optar al título de INGENIERO INDUSTRIAL.
TITULO: ELABORACIÓN DE UNA GUÍA DE EJERCICIOS SOBRE MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Después de haber realizado la evaluación correspondiente, considero que el mismo resulto: _____________________
En Maturín, a los _____ del Mes de _____________ del 2015
_______________________________ Tutor Académico.
Ing. Yulyana Salazar
I N D I C E G E N E R A L
pp.
INTRODUCCIÓN 1
CAPÍTULO I: FORMULACIÓN DEL PROBLEMA Planteamiento del Problema 3
Objetivos de la Investigación 4 Objetivo General 4 Objetivos Específicos 5 CAPÍTULO II MARCO REFERENCIAL Bases Teóricas 6
Desarrollo Del Tema 13
CONCLUSIONES 65
INTRODUCCIÓN
Prácticamente todas las operaciones que tienen lugar en la industria, implican la generación y/o absorción de energía en la forma de calor. Multitud de equipos en el desarrollo de su trabajo requieren de calor para su servicio o desprenden calor como subproducto o excedente de operación. La termodinámica estudia el calor y su relación con las formas de energía en un sistema previamente seleccionado. La transferencia de calor estudia el flujo o transporte de calor que ocurre en un sistema, las leyes que rigen dicho flujo y su aplicación práctica en los equipos que transfieren el calor.
En el presente escrito se estudiaron los mecanismos básicos del flujo de calor y los sistemas o métodos cuantitativos de cálculo para su posterior aplicación en operaciones como: Calentamiento o Enfriamiento Evaporación Secado Destilación Humidificación Refrigeración Congelación Liofilización, entre otras. Dado que algunas de estas operaciones implican transferencia de masa, es importante tener presente las consideraciones sobre balance de materiales y obviamente sobre balance de energía.
En este trabajo se mencionarán algunos procesos basados en transferencia de calor, que están muy presentes en la industria. Los ejercicios de ejemplo aquí planteados y resueltos tratan de ilustrar, de la manera más simple, cómo abordar el análisis de este tipo de procesos haciendo los respectivos balances de materia y de energía. Muchos aspectos quedan sin ser considerados, pues dependen del proceso específico en estudio y requieren de un nivel más elevado de conocimientos que no es dado en este texto.
Los ejemplos ponen de manifiesto el procedimiento de análisis y resolución de problemas sencillos donde Interviene una unidad de
enfriamiento, un Intercambiador de calor y una caldera, respectivamente. En general, y una vez planteado el balance de materia, hay que estudiar el balance de energía entre dos sistemas o más, donde uno de los sistemas se calienta (enfría), mientras otro se enfría (calienta).
A continuación se describe el desarrollo del presente trabajo, se presenta de forma general información concerniente a la Elaboración de una guía de ejercicios sobre Mecanismos de Transferencia de calor. El trabajo está estructurado en dos (2) capítulos, el Capítulo I comprende la contextualización del problema. El Capítulo II recoge un conjunto de aportes teóricos sobre el tema estudiado y el desarrollo de los resultados que se arrojaron en la investigación. Las conclusiones, y se finaliza con la bibliografía.
CAPÍTULO I
FORMULACIÓN DEL PROBLEMA
Planteamiento del Problema
En la mayoría de los procesos industriales la transmisión de energía calorífica interviene de manera significativa. El conocimiento de los diferentes mecanismos mediante los cuales se realiza dicha transferencia es necesario para calcular equipos e instalaciones energéticas, así como para analizar el comportamiento de un gran número de sistemas.
En la práctica totalidad de los procesos industriales se produce una transferencia de calor, por ello el conocimiento de las leyes que rigen las diferentes formas de producirse ésta es vital en ingeniería. El calor se transfiere básicamente por tres procesos distintos; conducción, convección y radiación. En la naturaleza, todos los mecanismos de transmisión intervienen simultáneamente con distintos grados de importancia. Desde luego, diseñando los experimentos adecuadamente, es posible lograr que sólo uno de ellos sea el dominante. El conocimiento de estas leyes y de los conocimientos asociados es básico en ingeniería térmica, por ejemplo, para el diseño de un sistema aleteado en un sistema de refrigeración, o para la optimización o diseño de un intercambiador de calor a emplear en cualquier instalación química, refinería de petróleo, etc.
El estudio térmico es necesario para el análisis de sistemas de generadores térmicos mediante energía solar, o también para el análisis de generadores de vapor, bien sea para la determinación de su eficiencia energética o simplemente para conocer las características asociadas a los
diferentes modos de transferencia de calor que en él tienen lugar. Por otra parte, el conocimiento de los procesos de transferencia de calor en procesos con cambio de fase (condensación y evaporación) es de vital importancia para el perfecto diseño térmico de estos elementos. Además de los métodos analíticos y de los métodos gráficos iterativos que pueden ser usados y que fueron ideados para resolver los problemas de conducción de calor, hoy día sólo se resuelven los problemas de transmisión de calor por cálculo numérico con ayuda de ordenador, utilizándose la teoría para comprobar los órdenes de magnitud y resolver algún problema modélico por desarrollos en serie u otros métodos que también requieren en último término el cálculo numérico por ordenador.
En este trabajo se trataron algunos procedimientos basados en transferencia de calor, como los Intercambiadores de calor (e.g. calderas, condensadores, torres de enfriamiento) y los hornos. Se explicó el principio termodinámico que permite a cada uno de estos procesos llevar a cabo los intercambios de energía. Se mostraron algunos tipos o diseños más comunes en la industria, mencionando algunas de Sus características más importantes.
Finalmente, se ilustró con algunos ejemplos numéricos sencillos la manera de analizar las condiciones materiales y energéticas en este tipo de procesos. El objetivo de los ejemplos ha sido el de adaptar la información dada a problemas de transferencia de calor. Se sugiere al leer los ejercicios revisar los problemas resueltos y propuestos en dichos a fin de ejercitarse en los temas estudiados.
Objetivos de la Investigación
Objetivo General
transferencia de calor, y su aplicación a la resolución de problemas de ingeniería.
Objetivos Específicos
1. Identificar los mecanismos de transferencia de calor. 2. Establecer la ecuación general de transmisión de calor.
3. Realizar cálculos teóricos de procesos de transferencia de calor y 4. Resolver problemas ingenieriles mediante hojas de cálculo
CAPÍTULO II
MARCO REFERENCIAL
Bases Teóricas
Diferencias Entre Termodinámica Y Transmisión De Calor
La termodinámica se ocupa de la conservación de energía, y la dirección en que ésta puede transferirse en buena parte de los casos en situaciones de equilibrio La transferencia de calor nos permite determinar con respecto al equilibrio. La transferencia de calor nos permite determinar, con respecto al tiempo, la energía transferida provocada por un desequilibrio de temperaturas.
Desde el punto de vista termodinámico interesa, básicamente, la transferencia de energía global, hacia o desde un sistema (calor, trabajo, o cualquier otra forma). Por ejemplo en el estudio de ciclos se está interesado en la energía calorífica que va al sistema, el trabajo, y la eficiencia resultante. No importa el tiempo o diferencia de temperaturas requeridos para llevar a cabo la transferencia de energía. Por su parte, en transmisión de calor se plantean interrogantes tales como:
¿Cuál debe ser la diferencia de temperaturas para la transferir un determinado flujo de calor?.
¿En unas condiciones dadas cuanto tiempo se requiere para la transmisión de una energía determinada?.
¿Qué potencia se transmite en un sistema?.
absorción o cesión de una potencia calorífica?.
¿Cuál es el campo de temperaturas asociado a un sistema en unas condiciones conocidas?
El aislamiento sirve para retardar la transferencia de calor fuera o dentro de un ámbito acondicionado. En la mayoría de los casos, ese ámbito es la casa. Durante los meses fríos, el objetivo es mantener el aire caliente dentro y detener o al menos retardar el movimiento del aire frío proveniente del exterior. Durante los meses de calor, el objetivo se invierte, pero los principios de retardo de la transferencia de calor se mantienen constantes, independientemente del sentido del flujo de calor.
Sistemas de Unidades Utilizadas.
Q: Taza de flujo calórico [KW]
q: Taza de flujo calórico por unidad de área [KW/m]
Transferencia de calor
La transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por
