Resumen Primer Capitulo Transferencia de Calor Incropera

Tema: Resumen

del Primer Capítulo del Libro de Transferencia de Calor de

Frank Incropera La energía puede ser transferida por la interacción de un sistema con sus alrededores, estas interacciones se llaman calor y trabajo La termodin!mica estudia los estados "nales de un proceso de transferencia de calor, pero no anali#a la naturale#a del mismo ni la ta#a de transferencia de la energía $%u& y cómo' La transferencia transferencia de calor (o calor) es energía t&rmica en mo*imiento debido a una diferencia espacial de temperatura +i eiste una diferencia de temperatura en un medio o entre materia, debe ocurrir una transferencia de calor Los diferentes tipos de transferencia de calor se conocen como -modos., y eisten tres modos principales/ Cond Conduc ucci ción ón// +e da cuan cuando do eis eiste te tran transf sfer eren enci cia a de calo calorr debi debido do a un gradiente de temperatura en un medio estacionario 0ue puede ser solido o 1uido Con*ección/ +e genera cuando se trans"ere calor entre una super"cie y un 1uido en mo*imiento Radiación T&rmica/ Toda super"cie con temperatura mayor al cero absoluto emite emite energía energía en forma forma de radiació radiación n electro electromagn magn&tica &tica Por Por tanto, tanto, en la ausencia de un medio 0ue inter*enga se tiene transferencia de calor neta por radiación entre dos super"cies con temperaturas diferentes Conducción La conducción se genera por procesos a ni*el molecular y atómico, y debe ser *ista *ista como como una transf transfer erenc encia ia de energ energía ía desde desde las partí partícul culas as m!s m!s energ energ&t &tica icas s 2acia 2acia la menos menos energ energ&ti &ticas cas debido debido a inter interacc accion iones es entre entre part partíc ícul ulas as +e 2abl 2abla a de la tran transf sfer eren enci cia a neta neta de ener energí gía a debi debido do al mo*imiento aleatorio de las mol&culas como una difusión de energía 3n un gas se eplica la conducción considerando el mo*imiento mo*imiento aleatorio de las partí partícul culas as de gas, gas, trans" trans"rie riendo ndo energ energía ía debido debido a las colisi colision ones es y al mo*imiento de traslación, rotación y *ibración 0ue poseen las partículas 4entro de un 1uido las interacciones interacciones moleculares son mayores mayores debido a 0ue las mol&culas se encuentran menos espaciadas 0ue dentro de un gas, y en un sólido se eplica la conducción mediante la acti*idad atómica mediante las *ibra *ibracio ciones nes de las estru estructu ctura ras s retic reticula ulare res s prese presente ntes s en los cuerpo cuerpos s rígidos 3n un conductor el&ctrico, la transferencia de calor se da por conducción debido a la interacción y generación de ondas reticulares y mediante la traslación de electrones libres Los Los proce proceso sos s de transf transfer erenc encia ia de calor calor pueden pueden cuanti cuanti"ca "carse rse median mediante te ecuaciones de ta#a de transferencia, las cuales se pueden usar para calcular

la cantidad de energía transmitida por unidad de tiempo Para la conducción de calor, la ecuación de tasa de transferencia es conocida como la ley de Fourier Para una pared en un plano unidimensional y teniendo una distribución de temperatura T ( x ) la ecuación es la siguiente/ } = -k {dT} over {dx} ¿

q x

3l 1ujo de calor

( ) W 

} ¿

q x

m

2

  es la tasa de transferencia de calor en la

dirección  por unidad de !rea perpendicular a la dirección de transferencia dT  y es proporcional al gradiente de temperatura dx , en esa dirección 3l par!metro k es una propiedad de transporte, conocida como conducti*idad t&rmica

( ) W  m K 

y es característica del material 3l signo negati*o es una

consecuencia de 0ue la transferencia de calor se da en sentido de decrecimiento de la temperatura La tasa de transferencia de calor por conducción a tra*&s de una pared plana de !rea 5 se puede obtener multiplicando el 1ujo de calor por el !rea/ } .A ¿  x =¿ q x q¿

Con*ección/ 3l modo de transferencia de calor por con*ección combina dos mecanismos 5dem!s de la transferencia de energía por difusión (mo*imiento aleatorio de las partículas), tambi&n eiste la transferencia de energía por el mo*imiento macroscópico del 1uido La con*ección es una unión de la conducción y ad*ección, la ad*ección consiste en el mo*imiento macroscópico del 1uido +in importar la naturale#a del proceso de con*ección, la ecuación de tasa de transferencia *iene dada por/ } =h( {T} rsub {s} - {T} rsub {∞} ) ¿ q

4onde

} ¿ q es el 1ujo con*ecti*o

de la super"cie

T s  y del 1uido

( ) W  m

2

 proporcional a las temperaturas

T ∞  3sta epresión es conocida como la

Ley de 3nfriamiento de 6e7ton y el par!metro

h   es el coe"ciente de

( ) W 

transferencia de calor con*ecti*o

2

m  K 

 3ste coe"ciente depende de las

condiciones en la capa límite Radiación/  Toda materia emite energía t&rmica, debido a los cambios en la con"guración electrónica de los !tomos y mol&culas constituyentes La energía del campo de radiación es transportada por ondas electromagn&ticas (fotones) 8ientras la con*ección y conducción re0uieren de un medio material para la transferencia de calor, la radiación se da incluso en el *acío, en donde es m!s e"ciente La transferencia de calor por radiación neta se puede epresar de la forma/ q rad =hr  A ( T s −T sur )

4onde

hr  es el coe"ciente de radiación t&rmica,

absoluta y

T s  es la temperatura

T sur  es la temperatura de los alrededores