sábado, 31 de agosto de 2013

Conducción

Los primeros adelantos acerca de la conducción de calor se deben, en gran parte a los esfuerzos del matemático francés Fourier (1822), que propuso la ley que hoy se conoce como ley de la conducción de calor de Fourier. La Ley de Fourier es una generalización de la información empírica. Dicha ley predice cómo se conduce el calor a través de un medio, partiendo de una región de alta temperatura a una región de baja temperatura. Permitanos considerar un horno, caliente en el interior y frió en su exterior. La Razón de calor transferido, desde dentro del horno hasta el exterior, es directamente proporcional al área de la superficie de la pared, A, que se enceuntra normal a la dirección del flujo de calor, directamente proporcional a la diferencia de temperaturas entre las paredes, (Tint - Text), e inversamente proporcional al espesor de las paredes, L. Por lo tanto:





donde k, es la constante de proporcionalidad, y se la llama conductividad térmica de la pared. Dicha constante es una propiedad física del material en cuestión. Debe insistirse en que, para mantener las temperaturas con valores Tint y Text, se debe suministrar a la cara de la pared que tiene temperatura Tint, una cantidad calor Q, como la dada por la ecuación (1-1). Esto se puede lograr con la ayuda de un calentador eléctrico o de gas, colocado dentro del horno.

Las unidades de las diferentes cantidades que aparecen de la ecuación (1-1) son de la siguiente forma:

viernes, 30 de agosto de 2013

Con la constante escasez de energía que padecemos, se hace aún más importante estudiar la transferencia de calor

De tal modo que se haga posible utilizar nuestras reservas energéticas con mayor eficiencia. Mediante métodos más adecuados de transporte de energía, utilizando nuevos diseños que minimicen las pérdidas de calor, con una generación de potencia más eficiente y un mejor uso de la potencia, se hará posible utilizar nuestras limitadas fuentes de energía de manera más conveniente.

En las siguientes secciones de este blog se introducen los mecanismos que están presentes cuando se transfiere calor por medio de conducción, conveccion y radiación. Se dan ejemplos de procesos de transferencia de calor combinados en los cuales pueden estar trabajando simultaneamente dos o más de los mecanismos antes mencionados, también se introduce un sistema dual de unidades. Los dos sistemas de unidades que se introducirián son el Sistema Inglés de Ingeniería, que es el que más comúnmente se usa en la práctica de la ingeniería en Estados Unidos y Gran Bretaña, y el sistema de unidades SI (Sistema Internacional de Unidades), que esperamos también se usará a partir de la proxima decada en Estados Unidos.

En este momento un gran número de países se encuentra en el proceso de conversión, de unidades del Sistema Ingles de Ingeniería, a las unidades del sistema SI. Teniendo esto presente, en el blog se usaran ambos conjuntos de unidades.

jueves, 29 de agosto de 2013

El Ingeniero Práctico encuentra un gran número de problemas de transformación de calor en sus actividades diarias.

Por ejemplo, el ingeniero quimico se ocupa de razones de transferencia de calor en diversas operaciones de procesos quimicos; el ingeniero electricista debe diseñar sus motores eléctricos de tal modo que no sufran sobrecalentamiento y tiene cuidado de emplear las medidas adecuadas de los alambres de transmisión eléctrica a fin de prevenir la pérdida excesiva de potencia durante la transmisión debida a la disipación de Joule; el ingeniero civil y el constructor deben ser cuidadosos para prevenirla creación de esfuerzo térmico en estructuras de concreto, ya que durante el curado (secado) de concreto se genera calor, dando por resultado expansiones diferenciales de los componentes estructurales; los ingenieros metalúrgicos y cerámicos deben controlar con exactitud las temperaturas durante el tratamiento con calor de diversos metales y cerámicas, con el fin de lograr las propiedades que se desean en el material que se está tratando con calor; el ingeniero biomedico se interesa frecuentemente por los efectos de nivel de temperaturas en organismos vivos; y el ingeniero mecánico se ocupa de razones de transferencia de calor cuando diseña los sistemas de calefacción para edificios, desarrollando nuevas plantas de energía, mejorando las eficiencias de ciclos termodinamicos y trabajando en problemas de polucion termica. Por otra parte, algunos procesos modernos, como la Xerografia, demandan un amplio conocimiento de la conduccion de calor, conveccion y radiacion. Vemos, en consecuencia, que la ciencia de transferencia de calor tiene amplias aplicaciones en tecnología y su alcance no esta limitado a una o dos areas aisladas.

Aun cuando desde hace un buen numero de años se ha estudiado la transferencia de calor, realmetne se magnifico su importancia en los programas de ingenieria, como resultado de las gestiones hechas por la ciencia del espacio. El gran número de problemas relacionados con la generacion de energia necesaria para colocar al hombre en el espacio y proteger la cápsular espacial a su regreso a la atmósfera terrestre hizo necesario emprender un estudio completo de los mecanismos de la transferencia de calor.

miércoles, 28 de agosto de 2013

Introducción a la Transferencia de Calor Parte - En nuestras Actividades Diarias

Durante nuestras actividades diarias, es posible apreciar los resultados de procesos de transferencia de calor. Permitanos hacerle algunas observaciones acerca de algunos quehaceres que realizamos durante la semana. Todos y cada uno de los objetos que se mencionan en seguida requieren análisis de transferencia de calor cuando se diseñan. Nos despertamos una mañana típica e inmediatamente damos vuelta a la perilla del termostato de la calefacción, graduando la temperatura a 68 F, nos dirigimos a la cocina y usamos un tostador, una cafetera electrica, y una sarten electrica, para preparar el desayuno. Llega el sábado y debemos lavar y secar una buena cantidad de ropa, para esto se requiere agua caliente, que obtenemos de nuestro calentador de agua, y aire seco caliente que obtenemos de nuestro secador de ropa, accionado con gas. Despues de lavar la ropa, limpiamos la alfombra con nuestra aspiradora electrica, pulimos nuestro piso de madera con un pulidor de pisos electrico, y planchamos nuestros traje, para ir a una fiesta de fin de semana, con una plancha electrica de vapor. Para la comida hemos horneado un guisado de carne en una estufa de gas. Por la tarde vemos nuestro equipo favorito de futbol en la televisión, y más tarde nos conducimos en el auto hacia la casa de una amiga, donde nos encontramos más tarde enjuagando platos para pasarlos a la lavadora electrica de trastos, mientras tanto escuchamos musica del estéreo. Después de pasar una tarde agradable, volvemos a casa y accionamos la cobija eléctrica y pasamos a nuestra cama de agua caliente, dispuestos a disfrutar un buen sueño por la noche.

Introducción a la Transferencia de Calor Parte II

Las respuestas a dichas cuestiones proporcionan ciertos ciclos de potencia termodinámicos posibles (es decir, ciclo de Rankine), o imprácticos (o sea, ciclo de Carnot).

El área de transferencia de calor tiene un gran impacto en todos los problemas relacionados con energia, cubre un amplio espectro que varía desde la tarea rutinaria de calentamiento o enfriamiento de edificios, hasta los problemas, complejos que aparecen relacionados con la generación de energía nuclear. En el caso de control del clima en un edificio, se deben hacer balances de calor que igualen la adición de calor debido a luces, motores eléctricos, encendidos de máquinas, personas, y energía solar que entra pos las ventanas, con las pérdidas de calor a través de paredes, rendijas y puertas.

Los problemas de transferencia de calor asociados con una planta de energia nuclear son mucho más complejos. Debe vigilarse constantemente una reacción nuclear cuidadosamente controlada, para que libere la cantidad correcta de calor que convertirá el agua en vapor y así accionar una turbina de vapor. El vapor que se evacua de la turbina se condensa en un convertidor de calor (un condensador), que requiere el uso de agua fria, la cual se toma comunmente de un rio o un lago y que cuando regresa a su origen, pueda producir polución térmica. Existe una gran demanda de atención en los analisis de transferencia por determinar razones de transferencia de calor dirante la generación de vapor y procesos de condensación, y por estimar la cantidad calor que puede dispersarse efectivamente en una cierta cantidad de agua, sin alterar su balance biologico.

martes, 27 de agosto de 2013

Introducción a la Transferencia de Calor Parte I

El calor es energía en tránsito, debido a diferencia de temperatura. Transferencia de calor es el área de ingeniería que trata los mecanismos encargados de la transferencia de energía de un lugar a otro cuando existe una diferencia de temperaturas. En el estudio de la termodinámica, el estudiante se ocupa de la conservación de energía, y la direccion en que se puede transferir energía. Se dedica gran parte del tiempo a estudiar situaciones en equilibrio. En el estudio de transferencia de calor, encontramos ambos procesos de equilibrio y desiquilibrio. La ciencia de la transferencia de calor nos permite determinar la razón, con respecto al tiempo, de energía transferida provocada por un desequilibrio de temperaturas.

Con el fin de mostrar la diferencia entre el estudio de la termodinámica y el estudio de la transferencia de calor, permítanos considerar el tema de los ciclos termodinámicos, que se utilizan en la generación de potencia.

En termodinámica nos interesa, entre otras cosas, la transferencia de energía en grueso, hacia o desde un sistema (calor, trabajo, o cualquier otra forma). Cuando se trata en termodinámica el tema de los ciclos de potencia, nos importa la energía calorífica que va al sistema, el trabajo que se obtiene del sistema, y la eficiencia resultante. No se asigna importancia alguna al tiempo o diferencia de temperaturas requeridos para llevar a cabo la transferencia de energía calorífica, o al hecho de que existe una temperatura uniforme en el sistema termodinámico. Por otra parte, el área de la transferencia de calor intenta dar respuesta a cuestiones como las siguientes:

1 Se puede liberar (o extraer)calor de un sistema a una razón deseada, con respecto al tiempo, sin tener que emplear diferencias de temperatura excesivas?
2 Que tanto tiempo toma transferir la energía calorífica?
3 Que tanta energía calorífica se transfiere?
4 Qué tan grande debe ser el área para transferir la energía calorífica?
5 Que tipo de distribución de temperatura existe en el sistema?