La transferencia de
calor y la temperatura están íntimamente relacionadas aunque su naturaleza es distintas por que la
transferencia de calor tiene dirección así
como magnitud, por lo tanto, es una cantidad vectorial. Por lo cual se debe
especificar la magnitud y la dirección para poder puntualizar totalmente la
transferencia de calor en un punto.
La fuerza
impulsora para cualquier forma de transferencia de calor es la diferencia de temperatura, y entre
mayor sea esa diferencia, mayor es la razón de la transferencia.
La
especificación de la temperatura en
un punto en un medio requiere en primer lugar la determinación de la ubicación de ese punto. Esto se puede
hacer al elegir un sistema adecuado de coordenadas, como las rectangulares, cilíndricas o esféricas, dependiendo de la configuración geométrica que
intervenga, y un punto conveniente de referencia (el origen).
La ubicación de un punto se especifica cómo
(x, y, z), en
coordenadas rectangulares, como (r,
Ø, z), en coordenadas
cilíndricas, y como (r, Ø, q),
en coordenadas esféricas, en donde las distancias x, y, z y r, y los ángulos Ø y q
Los problemas en
transferencia de calor a menudo se
clasifican como:
Estados estacionarios
También llamados
estados estables, en donde implica que no hay cambio en cualquier punto dentro
del medio
Estados transitorios
También llamados
estados no estacionarios o no estables el cual implica variación con el tiempo
o dependencia con respecto al tiempo,
por lo tanto, la temperatura o el flujo de calor permanecen inalterados con el
transcurso del tiempo con el trascurso del tiempo.
En transferencia
de calor los problemas dependiendo de las magnitudes relativas de las razones
de transferencia en las diferentes direcciones y del nivel de exactitud deseado
se clasifican en:
Tridimensionales: Aquí la
temperatura varía a lo largo de las tres direcciones primarias dentro del
medio
durante el proceso de
Transferencia de
calor. En este caso general, la distribución de temperatura de uno a otro lado
del medio en un momento específico, así como la razón de la transferencia de
calor en cualquier ubicación se pueden describir por un conjunto de tres
coordenadas,
Bidimensionales: Cuando la
temperatura en un medio varía principalmente en dos direcciones
primarias y la
variación de la temperatura en la tercera dirección es despreciable.
Unidimensionales: Si la temperatura
en el medio varía en una sola dirección y, por lo tanto, el calor
se transfiere
en esa misma dirección; al mismo tiempo, la variación de temperatura y, como
consecuencia, la transferencia de calor en otras direcciones es despreciable o
cero.
Generación
de calor
La generación de
calor es una conversión de la energía mecánica, eléctrica, nuclear o química en
calor; es decir se denomina generación de calor al medio en el cual hay
transferencia de calor por la transformación de diferentes tipos de energías. Esos
procesos de conversión son caracterizados como generación de calor o de energía
térmica. Sus unidades son W/m3 o Btu/h.ft3
Cuando la generación
de calor se da en un medio bi/tridimensional se usa la siguiente forma:
Si la generación
se da en un medio unidimensional
Ecuación unidimensional de calor para una pared
plana
La conducción de calor en una pared
plana, una placa metálica, un elemento cilíndrico o un recipiente esférico estas
conducciones pueden ser consideradas unidimensionales, ya
que la conducción a través de ellas será dominante en una dirección y
despreciable en las demás.
Un
balance de energía sobre este elemento delgado
se puede expresar como:
La
ecuación unidimensional de conducción de calor en régimen transitorio
Estas se
reducen en las siguientes formas en condiciones especificas:
Régimen estacionario
Régimen transitorio,
sin generación de calor
Régimen estacionario,
sin generación de calor
No hay comentarios:
Publicar un comentario