PDF superior Transferencia de calor -- Conducción en Estado Estable

de la manera en que las moléculas están dispuestas. Conclusión: Conclusión: La conducción térmica se da en diferente forma para los diversos estados La conducción térmica se da en diferente forma para los diversos estados de la materia, primero tenemos el estado sólido en el que los materiales puros ya sea la de la materia, primero tenemos el estado sólido en el que los materiales puros ya sea la plata son excelentes conductores de calor puesto que su estructura molecular así lo plata son excelentes conductores de calor puesto que su estructura molecular así lo permite, está el diamante que es el mejor conductor de calor a temperatura ambiente. permite, está el diamante que es el mejor conductor de calor a temperatura ambiente. Están los líquidos que no son buenos conductores de calor pero a diferencia de los Están los líquidos que no son buenos conductores de calor pero a diferencia de los metales son excelentes absorbentes del mismo, así como los gases que son aislantes, metales son excelentes absorbentes del mismo, así como los gases que son aislantes, necesitando de temperaturas muy elevadas para poder conducir calor.

lineales y transferencia de calor en estado estable. Uno de los aspectos importantes por los cuales se hizo este planteamiento es que este software, a diferencia de los grandes paquetes computacionales comerciales, se lo puede desarrollar sin una gran inversión de dinero, y no se requiere invertir por la compra de una licencia para su uso. En segundo lugar, partiendo de este programa inicial y dada la arquitectura del mismo se puede aumentar cada vez más opciones de cálculo, tipos de análisis, mejoras en el tipo de mallado, mejor presentación estética, etc. Es decir, no es un programa estático sino más bien un programa dinámico que puede ser mejorado y que a la larga puede ser una herramienta útil y fácil de usar al momento de requerir de análisis de relativa complejidad y que el programa pueda resolver.

La transferencia de calor tiene dirección así como magnitud. La velocidad de la conducción de calor en una dirección específica es proporcional al gradiente de temperatura, el cual es el cambio en la temperatura por unidad de longitud en esa dirección. En general la conducción del calor en un medio es tridimensional y depende del tiempo. Es decir T  T ( x , y , z , t ) y la temperatura en un medio varía con la posición así como con el tiempo. Se dice que la conducción de calor en un medio es estable cuando la temperatura no varía con el tiempo, y es no estable o transitoria cuando sí varía. Se dice que la conducción del calor en un medio es unidimensional cuando la conducción se realiza significativamente sólo en una dirección y es despreciable en las otras dos dimensiones, bidimensional cuando la conducción en la tercera dimensión es despreciable y tridimensional cuando la conducción en todas las dimensiones es significativa. En el presente trabajo de investigación se deduce la ecuación diferencial que rige la conducción de calor en un casco cilíndrico largo, después de una discusión de las condiciones de frontera se presenta la formulación de los problemas de conducción de calor y sus soluciones.

La transferencia de calor tiene varias aplicaciones en los diferentes procesos industriales por lo que se hace indispensable para el estudiante conocer los principios físicos involucrados. Con esto en mente se necesita diseñar y construir un equipo enfocado en hacer un estudio más amplio de la transferencia de calor en superficies extendidas, tema que también surgió por la enorme necesidad de implementar nuevos equipos al actual laboratorio de Transferencia de Calor de la Escuela Politécnica Nacional.

Por otra parte, consideremos una superficie isoterma diferencial como la de la figura 1.3. La superficie se define a partir de una normal ¯ n y supongamos que es atravesada por una cantidad de calor dQ. El flujo de calor ocurre a lo largo del tiempo y es en general m´ as pr´ actico distinguir la cantidad de calor por unidad de tiempo dQ/dt. Para independizar esta cantidad del tama˜ no de la superficie considerada, se define la densidad de flujo de calor seg´ un:

La transferencia de calor reconoce tres modos distintos de transmisión de calor: conducción, radiación y convección. Estrictamente hablando, únicamente la conducción y la radiación deberían ser consideradas o clasificadas como procesos de transferencia de calor, porque solamente estos dos mecanismos dependen para su operación, solo de la existencia de una diferencia de temperatura. El último de los tres, la convección, no cumple estrictamente con la definición de transferencia de calor, porque para su operación también depende del transporte de masa. Pero, debido a que en la convección también se efectúa transmisión de energía desde regiones de temperatura más alta a regiones de temperatura más baja, ha sido generalmente aceptado el término de transferencia de calor por convección. 1

Conducción de Calor Conducción de Calor Bidireccional Bidireccional   Es la forma que transmite el calor en cuerpos sólidos, se calienta un   Es la forma que transmite el calor en cuerpos sólidos, se calienta un cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumenta su cuerpo, las moléculas que reciben directamente el calor aumenta su vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con vibración y chocan con las que rodean; estas a su vez hacen lo mismo con sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta sus vecinas hasta que todas las moléculas del cuerpo se agitan, por esta razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta una ama, transcurre razón, si el extremo de una varilla metálica se calienta una ama, transcurre cierto tiempo para

5.2 ANÁLISIS DE LOS INTERCAMBIADORES Los intercambiadores de calor suelen operar durante largos períodos de tiempo sin cambios en sus condiciones de operación. Por lo tanto, se pueden considerar como equipos de flujo estable, por ello, el caudal másico de cada fluido permanece constante y las propiedades de los fluidos, como la temperatura y velocidades en cualquier entrada o salida son las mismas. Además, las corrientes del fluido experimentan poco o ningún cambio en sus velocidades y elevaciones, y como consecuencia, los cambios en la energía cinética y potencial son despreciables. Además, con poca pérdida de exactitud, el calor específico se puede considerar constante. Por último, se supone que la superficie exterior del intercambiador está perfectamente aislada.

Para obtener una ecuación en diferencias general para los nodos interiores, considere el elemento representado por el nodo m y los dos nodos vecinos m-1 y m+1.Si se supone que la conducción de calor se lleva acabo hacia los elementos sobre todas las superficies, un balance de energía en el elemento se puede expresar como

– La conducción se produce a través de la masa de los cuerpos, con lo que se caracteriza por medio de una propiedad del material conocida como conductividad térmica. – La convección se produce en el contacto de un sólido y un fluido, debiéndose a la existencia de dos mecanismos de transmisión, la conducción y la advención. La conducción se debe al contacto entre partículas, mientras que la advención, es la transmisión de calor debida al movimiento de las partículas del fluido. Este movimiento puede ser provocado tanto por la diferencia de densidades que produce un gradiente de temperatura (convección natural), y que provoca que el aire caliente suba y el frío baje, como al debido a un accionamiento mecánico (convección forzada), como con un ventilador.

INTERCAMBIADORES DE CALOR Un intercambiador de calor es cualquier dispositivo en el cual se efectúa la transferencia de energía térmica desde un fluido hasta otro. En los intercambiadores más sencillos el fluido caliente y el fluido frío se mezclan directamente; sin embargo, los intercambiadores más comunes son aquellos en los cuales los fluidos están separados por una pared. Estos últimos pueden variar desde una simple placa plana que separa dos fluidos hasta configuraciones complejas que incluyen pasos múltiples., aletas y deflectores. En este caso se requieren los principios de transferencia de calor por conducción y convección y en ocasiones por radiación, para describir el proceso de intercambio de energía.

La conducción es una forma de transferencia térmica según la cual, el calor viaja desde una región de temperatura elevada a otra de menor temperatura, pudiendo aparecer en los sólidos, en los líqui- dos y en los gases. Para el caso de los líquidos y gases, la conducción se encuentra normalmente en combinación con la convección; la conducción pura tiene lugar, fundamentalmente, en los sólidos opa- cos.

Hasta  este  punto  debemos  preguntarnos  si  esta  ecuación  es  suficiente para describir el flujo de calor por conducción. Para  verificar  si  es  completa  o  no,  imaginemos  dos  barras,  sometidas  a  la  misma  diferencia  de  temperaturas,  con  la  misma  área  de  flujo  y  de  la  misma  longitud,  con  la  única  diferencia  que  una  es  de madera  y  otra  es  de aluminio  (Fig.  2.4), Imaginemos que tomamos ambas barras por el extremo  que  están  calientes  ¿Experimentarán  las  barras  el  mismo  flujo de calor? 

Sin embargo, es obvio que las edificaciones expuestas a las variaciones del clima y a las variables de ocupa- ción y funcionamiento no se encuentran en régimen estacionario. Los aumentos y descensos del calor que llega a la envolvente son incesantes, produciendo en ella una respuesta dinámica a tales cambios. Para que las ecuaciones basadas sólo en la conducción del calor y no su almacenamiento puedan aplicarse deben darse casos muy particulares, como edificaciones en climas casi constantes o edificaciones con materiales de muy poca capacidad calorífica y alta conductividad, en las que la respuesta a las variaciones del clima sea casi inmediata; igualmente, se les pudiera usar en aquellos casos en que no se requiera demasiada exactitud y sólo se busque una primera apreciación gruesa del calor conducido ante determinadas condiciones térmicas. En los hechos, el estudio de la respuesta de los componentes de una edificación en presencia de un régimen dinámico o variable requiere entre otras cosas resolver la ecuación de calor de Fourier, lo cual no siempre es posible analíticamente, debiéndose recurrir a métodos numéricos. En líneas generales, estos métodos consis- ten en plantear sistemas de ecuaciones no lineales basados en la discretización espacial de los componentes de cerramiento, a cuya solución se llega aplicando variaciones incrementales de las solicitaciones climáticas hasta lograr la convergencia (Nota: los programas de computación como Ecotec, IES o EnergyPlus usan este tipo de métodos para predecir las condiciones ambientales al interior de una edificación).

   : es el área de la pared plana [m^2] : es el área de la pared plana [m^2] Entonces, ¿Por qué si el calor fluye por Entonces, ¿Por qué si el calor fluye por conducción en esta capa se habla de transferencia conducción en esta capa se habla de transferencia de calor por convección y se necesita tener en de calor por convección y se necesita tener en consideración la velocidad del fluido? La consideración la velocidad del fluido? La respuesta es que el gradiente de temperaturas respuesta es que el gradiente de temperaturas depende de la rapidez a la que el fluido se lleva el depende de la rapidez a la que el fluido se lleva el calor: una velocidad alta produce un gradiente de calor: una velocidad alta produce un gradiente de temperaturas grande, etc. Así pues, el gradiente temperaturas grande, etc. Así pues, el gradiente de temperaturas en la pared depende del campo de temperaturas en la pared depende del campo de velocidades, sin embargo, se debe recordar de velocidades, sin embargo, se debe recordar que el mecanismo físico de la trasferencia de que el mecanismo físico de la trasferencia de calor en la pared es un proceso de conducción. calor en la pared es un proceso de conducción. Para expresar el efecto global de la convección, Para expresar el efecto global de la convección, se utiliza la ley de Newton del enfriamiento: se utiliza la ley de Newton del enfriamiento:

PROBLEMAS DE CONDUCCIÓN EN RÉGIMEN TRANSITORIO Una pieza de aluminio que pesa 5 Kg se encuentra inicialmente a 275ºC. Se sumerge repentinamente en un fluído que se encuentra a 20ºC. El coeficiente de convección vale 50 Kcal h m 2 º C Considerando a la pieza como a una esfera del mismo peso, estimar el tiempo requerido para que su temperatura baje a 100ºC.

⇒ 3.1 Concepto General. El término "Conducción" refiere la transferencia de calor que ocurre a través de un medio estacionario (so1ido, líquido o gas), cuando existe un gradiente de temperatura (diferencia de temperaturas a través de una distancia). El mecanismo físico de la Conducción es la difusión de energía debido a la actividad caótica molecular o atómica de la materia.

Al agregar aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esférica, el aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción de la capa de aislamiento pero disminuye la resistencia a la convección de la superficie debido al incremento en el área exterior. La transferencia de calor del tubo puede aumentar o disminuir, dependiendo de cuál sea el efecto que domine.

Como paso previo a la presentación de nuestro diseño, vamos a explicar brevemente las formas de transmisión del calor: CONDUCCION: La conducción es el transporte de calor a través de una sustancia, por contacto directo, y tiene lugar cuando se ponen en contacto dos objetos a diferentes temperaturas. El calor fluye desde el objeto que está a mayor temperatura hasta el que la tiene menor. La conducción continúa hasta que los dos objetos alcanzan la misma temperatura (equilibrio térmico).

HORNO ROTATORIO: Como equipo principal en el proceso de cemento tanto en seco como húmedo, este horno rotatorio es utilizado ampliamente en la industria metalúrgica, industria química, en el sector de la construcción de material refractario, campo de protección del medio ambiente y así sucesivamente. El cuerpo está formado por un dispositivo de apoyo cilindro, un dispositivo de apoyo con ruedas de captura, dispositivo de conducción, cabeza de horno movible, equipo de sellado para el extremo del horno, tubo de pulverización carbón, etc.