INTRODUCCION DE TRANSPORTE DE ENERGIA

 

Ley de Fourier de la conducción de calor     Según Stewart, l a sustancia en contacto con los depósitos a distintas temperaturas alcanzará al final un estado estacionario en el que habrá un gradiente uniforme de temperatura dT/dz. El flujo de calor dq/dt (medido en J/s) a través de cualquier plano perpendicular a z es proporcional al área de la sección transversal y al gradiente de temperatura.     L a expresión matemática que relaciona dichas magnitudes físicas se conoce como Ley de Fourier de la coducción térmica.      Siendo k una constante de proporcionalidad, llamada conductividad térmica de la sustancia, cuyas unidades son: J/Kcms. Los buenos conductores térmicos tienen constantes elevadas k(Cu(s))=10J/Kcms. Los malos conductores térmicos poseen costantes pequeñas k(CO2(g))=10−4J/Kcms. La constante k depende de temperatura y presión para sustancias puras, en el caso de mezclas también depende de la composición. En los gases aumenta con la tempera...

  Conductividad calorífica. Definición y Ejemplos     Segúin Malty,  Consideremos la misma geometría de las placas planas paralelas, sin embargo nos olvidaremos del esfuerzo de corte que vimos anteriormente sobre la viscosidad, e impondremos una diferencia de temperatura ∆T > 0, pero relativamente pequeña, entre las placas, tal que TN , la temperatura de la placa superfcial, sea mayor que la de la placa inferior (ver fgura). La pregunta es, ¾cuál es la distribución de temperatura en el fluido lubricante?      Dado que no existe movimiento (velocidad) del fluido que pueda transportar el calor, el transporte de calor en estas condiciones se debe a la conducción térmica (calor transmitido por actividad molecular), que transporta calor de zonas de mayor temperatura a zonas de menor temperatura, y se expresa como: donde ~q es el flujo de calor por unidad de superficie (vector), κ es el coeficiente de conductividad térmica (escalar, propiedad del uido), ...

 Variación de la conductividad calorífica de los gases      Los gases realizan su transferencia de calor mediante las colisiones que suceden entre sus moléculas, debido a esto su conductividad térmica es mucho más baja que en los sólidos Condiciones ideales: • Las moléculas son esferas de diámetro d y no tienen interacción entre ellas (colisiones), no existen fuerzas intermoleculares. • La presión de los gases no es alta ni baja • Tras una colisión la dirección de las moléculas es arbitraria • Tras cada colisión se ajusta la energía de las moléculas Para gases poliátomicos, ecuación de Eucken: Donde: R constante de los gases k Conductividad térmica u Coeficiente de viscosidad Cp Capacidad calorífica M masa molar Para mezcla de gases VIDEOS Y EJEMPLOS: EJERCICIOS:

  Variación de la conductividad calorífica de los líquidos     Según Bird, Para líquidos se trabaja con la expresión de Bridgman-Bird:      Donde, Vs es la velocidad del sonido en el líquido y β es la compresibilidad. Para sales fundidas (Lida & Guthrie): Donde, Tm[◦K] es el punto de fusión y, M[g/mol] es la masa molecular.     Según Cengel, l a conductividad térmica de los líquidos decrece a medida que aumenta su temperatura, excepto en el caso del agua, pero el cambio es tan pequeño que en la mayor parte de las situaciones prácticas, la conductividad térmica se puede suponer constante para ciertos intervalos de temperatura; asimismo, en los líquidos no hay una dependencia apreciable con la presión, debido a que éstos son prácticamente incompresibles.       Para la determinación de la difusividad térmica en líquidos se puede definir como:       Como la ecuación no es homogénea, conviene precisar las uni...

Variación de la conductividad calorífica de los sólidos     Según Cengel, l a conductividad calorífica de un sólido (λ ) se define relacionando el flujo estacionario de energía térmica Q a lo largo de una barra larga, con un gradiente de temperatura: en donde Q es el flujo de energía térmica (energía transferida por unidad de área por unidad tiempo). La forma de la ecuación (1) que define la conductividad implica que el proceso de transferencia de energía térmica es un proceso en el cual la energía no entra simplemente por un extremo y va directamente en línea recta hasta el otro, sino que más bien, se difunde a través de la muestra experimentando varios eventos de dispersión al colisionar con elementos dispersores, tales como defectos, frontera de granos, iones muy masivos, entre otros. Si la energía se propagara directamente sin deflexión a través de la muestra, la expresión del flujo térmico no dependería del gradiente de temperatura ΔT entre los extremos de la muestra, de ...

 BIBLIOGRAFÍA Bird, R.B., Stewart, W.E., Lightfoot, E. N., Transport Phenomena, 2a Ed., John Wiley & Sons, Inc. U.S.A. (2002). Geankoplis, C.J., Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias, 4a Ed. Patria. México 2006. Welty J.R., Fundamentos de transferencia de momento, caalor y masa, 1a Edición, Limusa, México 2005.