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Transferencia de Calor por Conducción en Geometrías Comunes con Convección…
Transferencia de Calor por Conducción en Geometrías Comunes con Convección :
Fundamentos de la Conducción de Calor
Ley de Fourier de la Conducción: Q=−kAdxdT
Conductividad Térmica (k): Propiedad del material que indica su capacidad para conducir calor.
Definición: Mecanismo de transferencia de calor a través de un medio sólido o estacionario por contacto directo y vibración molecular, sin movimiento macroscópico del material.
Resistencia Térmica por Conducción
Concepto de Resistencia Térmica: Analizar la conducción como una resistencia en un circuito eléctrico.
Pared Plana: Rplana=kAL
Cilindro (Flujo Radial): Rcilindro=2πkLln(r2/r1)
Esfera (Flujo Radial): Resfera=4πkr1r2r2−r1
Condiciones de Frontera por Convección
Definición de Convección: Transferencia de calor entre una superficie sólida y un fluido en movimiento.
Resistencia Térmica por Convección: Rconveccion = 1/hAs
Coeficiente de Transferencia de Calor por Convección (h): Depende de las propiedades del fluido, velocidad del flujo, geometría de la superficie y régimen de flujo (laminar o turbulento).
Conducción con Convección en las Fronteras (Resistencias en Serie)
Circuito de Resistencias Térmicas: La transferencia de calor a través de un sistema multicapa con convección se puede modelar como resistencias térmicas en serie.
Flujo de calor: Q=T∞,1−T∞,2 / Rtotal
Cilindro con Convección Interna y Externa: Rtotal + Rconveccion,int + Rcilindro + Rconveccion,ext
Aplicaciones Prácticas y Consideraciones
Aislamiento Térmico: Reducción de la transferencia de calor usando materiales de baja conductividad térmica.
Aletas: Elementos extendidos para aumentar el área de transferencia de calor por convección.
Resistencia de Contacto: Pérdida de calor adicional en interfaces imperfectas entre dos materiales.
Radio Crítico de Aislamiento (para cilindros/esferas): Espesor de aislamiento donde la adición de más aislamiento aumenta la pérdida de calor (fenómeno importante cuando h es bajo).
Relevancia en Ingeniería Mecánica: Diseño de intercambiadores de calor, sistemas de refrigeración, aislamientos de tuberías, eficiencia energética en edificios y máquinas.