MATERIAL DE APOYO PARA EL CURSO DE TRANSFERENCIA DE CALORDra. en Q. Rub Romero Romero

TRANSFERENCIA DE CALORDentro de la formacin de un ingeniero qumico, las asignaturas de operaciones unitarias, son de gran importancia, ya que son su soporte tcnico y su rea de mayor aplicacin. Siendo transferencia de calor, una de estas asignaturas, que le permitirn al alumno conocer leyes fundamentales relativas a la conduccin, conveccin y radiacin; as como, las caractersticas bsicas de diseo y operacin de equipos como intercambiadores de calor, evaporadores, hornos; as mismo conocer tipos de aislantes trmicos, y poder desarrollar un criterio de clculo y seleccin adecuada de equipos y aislantes, considerando tambin aspectos bsicos de seguridad industrial.

CURSO DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I.UNIDAD II.UNIDAD IV.UNIDAD III.UNIDAD V.UNIDAD VI.

Transferencia de Calor, es la ciencia que trata de predecir el intercambio de energa que puede tener lugar entre cuerpos materiales, como resultado de una diferencia de temperaturas.La mayora del trabajo del ingeniero qumico est relacionado con la ingeniera de procesos, y este control se lleva a cabo mediante operaciones unitarias: flujo de fluidos, transferencia de calor, destilacin, humidificacin, etc.TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I

Fuerza motriz o potencial motriz, cuando dos sustancias o dos fases no estn en equilibrio y se ponen en contacto, hay una tendencia para que tenga lugar un cambio, la cual es una aproximacin a las condiciones de equilibrio. Es la diferencia de temperaturas entre el vapor de servicio y el producto.

La transferencia de calor se relaciona con la razn de intercambio de calor entre dos cuerpos calientes y fros llamados fuente y recibidor.

TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I

La transferencia de calor se lleva a cabo en una gran variedad de equipos, como intercambiadores de calor, evaporadores, serpentines, caracterizndose todos stos por poner en contacto a un fluido fro y otro caliente.

TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I

Existen dos tipos principales de intercambiadores de calor:

Tubos concntricos TRMINOS RELACIONADOS CON LA TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD I

Aunque estos tres procesos pueden ocurrir al mismo tiempo, puede suceder que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.Cuando se produce una transferencia de Calor, se intercambia energa en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distinta temperatura.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

La conduccin es una transferencia de calor entre los cuerpos slidos. Es el intercambio de energa cintica entre molculas adyacentes, sin que exista un desplazamiento entre ellas.

La conduccin se lleva a cabo por dos mecanismos:Interaccin molecularElectrones libresTIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Las temperaturas ms altas se asocian con las energas moleculares ms altas, y cuando las molculas vecinas chocan, ocurre una transferencia de energa de las molculas ms energticas a las menos energticas. Por tanto, la transferencia de energa por conduccin ocurre en la direccin de la tempertura decreciente.

TIP0S DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

En el paso del calor de una pared plana, el rea a travs el calor fluye, es contante toda la trayectoria del flujo de calorConduccin a travs de un slido o un flujo estacionarioTIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Ejemplos:

Si una persona sostiene uno de los extremos de una barra metlica, y pone en contacto el otro extremocon la llama de una vela, de forma que aumente su temperatura, el calor se trasmitir hasta el extremo ms fro por conduccin.

El calor quese trasmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccinTIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

El coeficiente de conductividad trmica (k) caracteriza la cantidad de calor necesario por m2, para que atravesando durante la unidad de tiempo, 1m de material homogneo obtenga una diferencia de 1C de temperatura entre las dos caras.

La conductividad trmica se expresa en unidades de W/mK (J/s m C). Es una propiedad intrnseca de cada material.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Existen conductores trmicos, como los metales, que son buenos conductores del calor, mientras que existen sustancias, como corcho, aire, madera,hielo, lana, papel, etc., que son malos conductores trmicos (aislantes).

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casi seguro que se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

PROCESOS CONVECTIVOSConveccin forzada: Se forza el movimiento de un fluido debido a un agente externo (ventilador o bomba).

Conveccin natural o libre: El intercambio de energa se lleva a cabo por un movimiento natural del fluido.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

El proceso de conveccin es el responsable de la mayor parte del calor que se trasmite a travs de los fluidos.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Procesos de transferencia de calor por conveccin TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Ejemplo: Cuando un recipiente con agua se calienta, la capa de agua que est en el fondo recibe mayor calor (por el calor que se ha trasmitido por conduccin a travs de la cacerola); esto provoca que el volumen aumente y, por lo tanto, disminuya su densidad, provocando que esta capa de agua caliente se desplace hacia la parte superior del recipiente y parte del agua ms fra baje hacia el fondo.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

El proceso prosigue, con una circulacin continua de masas de agua ms caliente hacia arriba, y de masas de agua ms fra hacia abajo, movimientos que se denominan corrientes de conveccin. As, el calor que se trasmite por conduccin a las capas inferiores, se va distribuyendo por conveccin a toda la masa del lquido.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II Una superficie extendida es un slido que experimenta transferencia de energa que transfiere energa por conduccin dentro de sus lmites, as como transferencia de energa por conveccin (y/o radiacin) entre sus lmites y los alrededores.

Las superficies extendidas se emplean para aumentar la rapidez de transferencia de calor entre un slido y un fluido contiguo. A esta superficie extendida se le denomina aleta.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II La transferencia de calor se incrementa aumentado el rea de la superficie a travs de la cual ocurre la conveccin.

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD IITIPOS DE ALETAS:Aleta recta de perfil rectangularAleta recta de seccin transversal no uniformeAleta anularAleta de aguja

La radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccin y la conveccin:las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco.La energa del campo de radiacin es transportada por ondas electromagnticas (o alternativamente fotones), a diferencia de la conduccin o conveccin que requieren la presencia de un medio material, la radiacin no lo precisa.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

El mecanismo de transferencia de calor por radiacin presenta tres etapas:

1.- La energa trmica de una fuente de calor, se convierte en la energa de las ondas de radiacin electromagntica

2.- Estas ondas se desplazan a atravs de un espacio en lnea recta y llegan a un objetivo fro

3.- Las ondas electromagnticas que chocan contra el cuerpo son absorbidas por ste y se vuelven a transformar en energa o calor.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II

Potencia emisiva: es la velocidad a la que libera enega, una superficie, por unidad de rea.Cuerpo negro: Es aquel que absorbe toda la energa radiante y no refleja porcin alguna de la misma.Emisividad: es la relacin entre el poder de emisin de una superficie y el de un cuerpo negro.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORUNIDAD II