Conceptos Fundamentales

Mecanismos de Transferencia

Calor

Conducción:

Se refiere a la Ley de Fourier. Es el contacto entre dos sistemas cuando existe una diferencia de temperatura, el de mayor temperatura conduce calor al sistema que tiene menos temperatura.
Ej. Cuando Cocinas, la cacerola que esta sobre el fuego conduce calor a la cuchara que utilizas para revolver la comida, así mismo esa cuchara conduce calor a tu mano.

Ley de Fourier nos dice: 

Establece que el flujo de calor entre dos cuerpos es directamente proporcional a la diferencia de temperatura entre ambos, solamente puede ir en un sentido: El calor solo podrá fluir del cuerpo más caliente al más frío.

Su fórmula es:

                             Siendo:
                                q´´= Flujo
                                K= Coeficiente de conductividad térmica (nos dice que tan bueno es un material para que se transfiera energía)
                             dT/dx= diferencial de temperatura con respecto a la distancia

Nota: esta fórmula es unidimensional

Radiación: Se basa en la Ley de Stefan- Boltzman. 

La Radiación es la transmisión de ondas electromagnéticas, un segundo cuerpo puede absorber estas ondas y con ello aumentar de temperatura. 

Ej. Cuando el sol nos transmite calor a partir de ondas electromagnéticas para calentar el planeta Tierra.

Convección:Se basa en la ley de enfriamiento de Newton.

Es el movimiento del fluido transmitiéndose calor de una parte a otra, este movimiento puede ser natural o forzado.

Forzada: Someter  al fluido a un gradiente de presiones.

Natural: Se da por una diferencia de densidades, el fluido más caliente y menos denso asciende mientras el más frio y denso desciende.

     

*Gradiente de Temperatura:
La temperatura va subiendo o bajando entre dos puntos dependiendo del sistema de referencia

*Diferencia entre Temperatura y Calor:

La temperatura se asocia con un sistema, es una magnitud que referida a las nociones comunes de caliente y frio. Depende del movimiento de las moléculas, entre mayor sea, mas grande será la temperatura.  Y el calor es una energía, si dos cuerpos están en contacto intercambian esta energía hasta que su temperatura se equilibra. 

Una misma cantidad de calor calentará mucho más rápido un cuerpo pequeño que un más grande. 

Ejemplo: una tina de agua podrá tener la misma temperatura que un vaso de agua pero la tina tendrá mayor cantidad de calor que el vaso ya que tiene más energía térmica.

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Masa

Asociada con la Ley de Fick, la cual describe casos de difusión de materia o energía en un medio que inicialmente no se encontraba en equilibrio químico o térmico. 

Difusión: proceso físico irreversible, en el que fluidos se introducen en un medio que inicialmente estaba ausente.

Formula:
Siendo:
j= Velocidad de Flujo
D= Coeficiente de difusión
C= Gradiente de concentración

Concentración Molar: Tipo de concentración que indica cuantos moles de soluto están contenidos en un litro de solución.

Concentración de Masa: Tipo de Concentración que indica cuanta masa esta contenida en un litro de solución.

Velocidad media Molar y de Masa: Velocidad promedio con la que se mueven los moles y masa.


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Movimiento

Fluido: Sustancia que se deforma continuamente bajo la acción de un esfuerzo cortante.
El fluido está expuesto a fuerzas tangenciales.

                             Siendo: 
                                         Tao  = Esfuerzo cortante

A= Área sometida
∏= Fuerza

Cualquier esfuerzo cortante aplicado a un fluido, no importa cuán pequeño sea, provocara movimiento en el fluido. Este se mueve y se deforma continuamente mientras se siga aplicando el esfuerzo cortante. 

Fuerza tangencial: Actual paralela a la superficie de contacto.

Existe una propiedad de los fluidos llamada Viscosidad que es la resistencia que ofrecen estos para desplazarse, está asociada con los flujos.

-Fluidos Compresibles:
Los gases son fluidos compresibles, si la presión se incrementa, lo que da por resultado es un incremento de densidad, mientras que la temperatura permanece constante.

Se dice que los gases son compresibles ya que en ellos si ocurren cambios de densidad significativos mientras que en los líquidos no, aproximadamente un aumento de 4% de densidad es considerado compresible.

-Fluidos incompresibles:
Los líquidos son incompresibles ya que tienen cambios muy pequeños en la densidad, presión y temperatura.

Flujos

Los Flujos son los fluidos en movimiento, existen los laminares y turbulentos, y también los estacionarios y no estacionarios.

El flujo laminar y turbulento dependen del número de Reynolds, el laminar consiste en desplazarse de manera organizada en forma de capas o láminas. El flujo turbulento es aquel donde las partículas chocan entre sí, no siguen trayectorias definidas, esto es porque al aumentar la gradiente de velocidad se incrementa la fricción entre las partículas.

Cuando las fuerzas de inercia son bajas, la viscosidad es dominante y el flujo es laminar, en cambio cuando las fuerzas de inercia son altas podemos decir que el flujo es turbulento.

El flujo estacionario tiene velocidad constante o las propiedades físicas permanecen sin cambio, y el flujo no estacionario es todo lo contario por lo que la velocidad varía y al igual sus propiedades físicas.

!Un ejemplo de un flujo estacionario es una manguera que esta tirando un chorro de agua, eso seria a una velocidad constante, en cambio un flujo no estacionario se causaría en el momento en el que esa manguera es aplastada y su velocidad disminuye.!

                            

Ley de Viscosidad de Newton:

Es un modelo que hace una relación lineal entre tao y el gradiente de velocidad.

Esta ecuación es válida para flujo laminar y no todos los fluidos la cumplen. Aquellos que si la cumplen reciben el nombre de fluidos Newtonianos.

Fluidos Newtonianos: Estos fluidos pueden ser representados con bastante exactitud por el modelo de Stokes. Estos fluidos son los gases, la mayoría de los líquidos simples y los metales fundidos.
Carecen de forma propia y adapta la forma del recipiente que lo contiene.

Fluidos No- Newtonianos: Son fluidos que no cumplen con la ley de la viscosidad de Newton, aquellos cuya viscosidad varia con el gradiente de tensión que se le aplica, es decir, se deforma en la dirección de la fuerza aplicada.

REFERENCIAS:


-Mecánica de Fluidos
Autor: Merle C. Potter, David C. Wiggert


-Fenómenos de Transporte
Autor: Bird


-Mecánica de Fluidos
Autor: Frank M. White