UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN

UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN

FACULTAD:ING. QUMICA Y METALRGICAESCUELA:ING. METALRGICA

CICLO: VI

ASIGNATURA: FENMENO DE TRANSPORTE

DOCENTE: Mg. ing. RODRGUEZ ESPINOZA, Ronald F.

TEMA:TRANSFERENCIA DE CALOR EN LQUIDO(Conduccin, conveccin y radiacin)

ALUMNO:CALDERN CAJALEN, lder Vctor

HUACHO-PERU2014

DEDICATORIA Este presente trabajo titulado TRANSFERENCIA DE CALOR est dirigido hacia aquellas personas que nos brindan de sus conocimientos que son nuestros profesores y tambin a nuestros padres ya que hacen todo lo posible por guiarnos por el buen camino.

OBJETIVOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR. Al terminar el presente curso el estudiante deber estar capacitado para: Comprender los mecanismos de transferencia de calor. Tener habilidades para resolver problemas tipo de transferencia de calor y aplicarlas para solucionar los problemas del medio.UNIVERSIDAD NACIONAL JOS FAUSTINO SNCHEZ CARRIN

INDICEI.INTRODUCCION3II.TRANSFERENCIA DE CALOR.4III.TRANSFERENCIA DE CALOR EN LQUIDOS:5IV.TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS LIQUIOS5V.CONDUCTIVIDAD TRMICA POR MEDICIONES DE CONDUCTIVIDAD ELCTRICA.6VI.LEY DE FOURIER PARA LA CONDUCCIN DE CALOR6VII.TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR9CONDUCCIN.9FIGURA 6.1. Perfil de temperatura10I.TABLA 2. (Orden de magnitudes de la conductividad trmica). (Manrique, 1981)12VIII.TRANSMISIN DE CALOR POR CONDUCCIN EN REGIMEN ESTACIONARIO13IX.CONVECCIN14II.9.1. Conveccin libre o natural:14III.9.2. Conveccin forzada:14X.COEFICIENTE DE PELICULA:16XI.RADIACIN1611.1. INTRODUCCIN:17XII.TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN1912.1. DEFINICIN DE LAS MAGNITUDES PARA LA RADIACION, ( ETAPAS)20XIII.COMBINACIN DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN Y CONVECCIN21XIV.RADIACIN DIRECTA ENTRE CUERPOS A DISTINTAS TEMPERATURAS21XV.RADIACIN DE CUERPOS NEGROS2215.1. POTENCIA EMISIVA DEL CUERPO NEGRO22XVI.TRANSFERENCIA DE CALOR EN LQUIDOS NO NEWTONIANOS2216.1. TRANSFERENCIA DE CALOR EN TUBOS2216.2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALES23XVII.REGIONES DEFINIDAS EN LOS CERRAMIENTOS.23XVIII.CONDUCCIN Y ACUMULACIN24XIX.CONVECCIN MIXTA, (ley de Newton)25XX.MECANISMOS DE TRANSMISIN DEL CALOR27XXI.CONCLUSIONES30XXII.RECOMENDACIONES32XXIII.ANEXOS33GRFICOS34TABLA 3. (MODELOS MATEMARICOS)34XXIV.BIBLIOGRAFA35

INTRODUCCION Uno de nuestros principales objetivos dentro del presente trabajo es examinar los mecanismos bsicos que intervienen en la transferencia de calor y estudiar las ecuaciones fundamentales para calcular la rapidez de transferencia de energa. Hay tres formas de transferencia de energa: conduccin, conveccin y radiacin. Todos los procesos de transferencia de energa comprenden una de estas tres formas en el resto de este captulo se har una descripcin introductoria as como un estudio de estas formas de transferencias.

TRANSFERENCIA DE CALOR.(https://www.google.com.pe/search?q=conduccion+de+calor&espv=2&biw=1366&bih=667&source=lnms&tbm=isch&sa=X&ei=AnqTVMmLL8ywggTX7, 2014)

FIGURA 1. Transferencia de calor La ciencia de la transferencia de calor se ocupa del anlisis de las tasas de transferencia de calor que ocupa en un sistema. La energa transferida por flujo de calor no puede medirse directamente pero dicho concepto tiene significado fsico porque est relacionado con una cantidad medible llamado temperatura. Entonces es un hecho bien conocido que latransferencia de calores el traslado deenerga trmicadesde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.que permuta energa en forma decalorentre distintos cuerpos, o entre diferentes fragmentos de un mismo cuerpo que estn a distintatemperatura, el papel desempeado por esta consiste en complementar el anlisis termodinmico, el cual considera nicamente sistemas en equilibrio con leyes adicionales que permiten predicciones en las tasas de tiempo de transferencia de energa El calor se transfiere mediante conveccin,radiacino conduccin. Aunque estos tresprocesospueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de unacasafundamentalmente por conduccin,el aguade una cacerola situada sobre un quemador degasse calienta en gran medida por conveccin, yla Tierrarecibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que elaguade una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor porradiacin electromagntica(generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin. (Necati Ozisik, 1979)TRANSFERENCIA DE CALOR EN LQUIDOS: Hay grandes dificultades en la transferencia de calor en lquidos. Ejemplo si el calor que fluye atreves de una pelcula gruesa de lquido, se origina conveccin libre y la conductividad es decepcionantemente alta. Para reducir la conveccin es necesariamente usar pelculas muy delgadas y diferencia de temperatura muy reducida en este tipo de transferencias de calor la conductividad se puede calcular usando ecuaciones apropiadas, sin embargo hoy en da hay mtodos ms exactos como el de:( Bridgman y Smith) (Kern, 1977)TRANSFERENCIA DE CALOR EN LOS LIQUIOSEl mecanismo fsico de conduccin en los lquidos es bastante similar al de los gases en lo que las molculas de energa ms altas chocan con las de las energas menores. Sin embargo las molculas de los lquidos estn mucho ms unidas entre s y los campos de fuerzas moleculares producen un efecto considerable sobre el intercambio de energa. Puesto que no existe una teora molecular adecuada para los lquidos, la mayora de las correlaciones para predecir su conductividad son de tipo emprico. Reid y Sherwood han estudiado esto en forma detallada. La conductividad trmica delo lquidos varia de manera moderada con la temperatura, variacin que casi siempre puede expresarse con una funcin lineal (Necati Ozisik, 1979)k = a + bT (1)Donde a y b son constantes empricas, la conductividad trmica de los lquidos son esencialmente independientes de la presin El agua tiene una conductividad trmica elevada en comparacin con los lquidos orgnicos como el benceno. (Tal como se aprecia en la tabla de conductividad trmica) entonces la conductividad trmica de los alimentos sin congelar en su mayora como la leche descremada o el pur de manzana que contienen grandes cantidades de agua y exhiben conductividad trmica cercanas a la del agua pura. CONDUCTIVIDAD TRMICA POR MEDICIONES DE CONDUCTIVIDAD ELCTRICA.Existe una relacin entre la conductividad trmica y elctrica de los metales la cual se demuestra con la derivacin de Fourier, la cual es un mtodo muy til para determinar las conductividades trmicas de los metales. I = = (2)Dnde: Ala diferencia de voltaje = resistividad del alambre Tipos de flojo de calor: Flujo de calor atreves de una pared (serie, paralelo ) Flujo de calor atreves de una pared compuesta Flujo de calor atreves de una pared de un tuboLEY DE FOURIER PARA LA CONDUCCIN DE CALOR Los tres tipos principales de procesos de velocidades de transferencia: transferencia de mpetu, transferencia de calor y transferencia de momento estn caracterizados en su aspecto ms fundamental, por el mismo tipo de ecuacin bsica (la transferencia de corriente elctrica tambin puede incluirse en esta categora siendo la siguiente). (Geankoplis C. J., 1986, pg. 178)

Velocidad de un proceso de transferencia = (3)

Entonces podemos decir que la transferencia de calor por conduccin tambin obedece a la ley de Ohm y se expresa como la ley de Fourier para la conduccin de calor en fluidos y solidos (4) = velocidad de transferencia de calorA = rea de la seccin trasversalT = temperatura X = distancia K = conductividad trmicaNota: El signo negativo en la ecuacin es divido a, que el flujo de calor es positivo en una direccin determinada entonces la temperatura disminuir en esa misma direccin (resultando negativa).

EJEMPLO 1Calcule la perdida de calor por de rea superficial para una pared constituida por una plancha de fibra aislante de 25.4 mm de espesor, en al que la temperatura interior es 352.7 k y la exterior 297.1 k Geankoplis (1986, pg. 180)Solucin:La conductividad trmica de la fibra aislante es 0.048 w/m.k el espesor es m entonces sustituyendo los datos en la ecuacin d Fourier ya integrada nos queda:

= 105.1 w/

= (105.1w/

TABLA 1. ( Conductividad trmica de algunos materiales) (Geankoplis C. J., 1986)SUSTANCIATEMPERATURA. (K) KREF

GASES

Aire2730.0242(k2)

3732730.03160.167

(K2)

n butano2730.0135(P2)

Lquidos

Agua2730.569(P1)

3660.680

Benceno3030.159 (P1)

3330.151

MATERIALES BIOLGICOSY ALIMENTOSAceite de oliva

Leche descremada

293373275

0.1680.1640.538

(P1)

(C1)

SOLIDOSHieloLadrillo de arcillaPapelCaucho duroCorcho prensadoAsbestoLana mineralAcero

Cobre

aluminio

273473_ 273303311266291373273

3732732.251.000.1300.1510.0430.1680.02945.345388

377202

(C1)(P1) (M1)(M1)(M1)(M1)(K1)(P1)

(P1)

(P1)

TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALORExisten tresmtodos ya mencionados para la transferencia de calor: conduccin, conveccin y radiacin. Conocer cada tipo y saber cmo funciona le permite entender mejor cmo lossistemasde aislamiento y burletes protegen el espacio acondicionado.CONDUCCIN.http://www.aislantes-aislamax.com.ar/

FIGURA 2. Transferencia de calor por conduccin Es un proceso de propagacin de energa en un medio slido, lquido o gaseoso, mediante comunicacin molecular directa o entre cuerpos de distintas temperaturasEn los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la conduccin. Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin. La transferencia de calor se lleva a cabo desde la regin de mayor temperatura hacia la de menor temperatura ejemplo, (Manrique.1981 pgs. 2-3)

FIGURA 6.1. Perfil de temperaturaT

Perfil de temperaturaq

X Se puede definir tambin como la transferencia de energa de las partculas ms energticas de una sustancia hacia los adyacentes menos energticos, como resultado de interacciones entre esas partculas. La conduccin puede tener lugar en los slidos, lquidos o gaseosos. En los gases y lquidos la conduccin se debe a las coaliciones y a la difusin de las molculas durante su movimiento aleatorio, Se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura. Estateoraexplica por qu los buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemtico francs JosephFourierdio una expresinmatemticaprecisa que hoy se conoce comoleyde Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma que lavelocidadde conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de seccin transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (Yanus A & Afshin j, 2007)q = -k (5)

q = flujo de calor por unidad de reak = conductividad trmica del material- = gradiente de temperatura, (puede variar con el tiempo o la presin)

NOTA: Losmaterialescomo eloro, la plata o elcobretienen conductividades trmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como elvidrioo el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. Eningenieraresulta necesario conocer la velocidad de conduccin del calor a travs de un slido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requierentcnicasmatemticas, sobre todo si el proceso vara con eltiempo; en este caso, se habla de conduccin trmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analgicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometra complicada. (Bird, 2007)Tablas: las siguientes tablas muestran la variacin con respecto a la temperatura de la conductividad trmica de algunos slidos, lquidos y gases. Cuando los materiales tienen una alta conductividad trmica se denominan conductores, mientras que los que tienen una baja conductividad se denominan aislantes. Variacin con respecto a la temperatura de la conductividad trmica. (Manrique. 1981, pg. 3)

Figura 3. Conductividad trmica de solidos

TABLA 2. (Orden de magnitudes de la conductividad trmica). (Manrique, 1981)

Materia h, W/mK

Gases a presin atmosfrica 0,0069 - 0,17

Materiales aislantes 0,034 - 0,21

Lquidos no metlicos 0,086 - 0.69

Solidos no metlicos 0,034 - 2,6

Metales lquidos 8,6 - 7,6

Aleaciones 14 - 120

Metales puros 52 - 410

Figura 4. Conductividad trmica de lquido

FIGURA 5. Conductividad trmica de gases

Cave recalcar que la conductividad trmica y la conductividad elctrica de los metales puros estn relacionadas entre s. Sin embargo a temperaturas muy bajas los metales se hacen supe conductores de la electricidad, pero no as para el calor. (Manrique.1981, pgs. 3-4)TRANSMISIN DE CALOR POR CONDUCCIN EN REGIMEN ESTACIONARIO La transmisin de calor por conduccin en campos con superficies perpendiculares a las lneas de flujo trmico, presenta un tratamiento sencillo, como es el caso de paredes, cilindros y esferas. Las aplicaciones son numerosas dado que las citadas formas geomtricas son frecuentes en instalaciones industriales. En el caso de cilindros y paredes, se considera una de las dimensiones suficientemente grande para admitir la perpendicularidad de las superficies al flujo trmico. (Pedro, 1983) (6) Para la operacin estacionaria puesto que no hay cambio en la temperatura con el tiempo en ningn punto. En otras palabras la razn de la transferencia de calor atreves de la pared debe ser constante.

CONVECCINhttp://www.aislantes-aislamax.com.ar/

FIGURA 6. Transferencia de calor por conveccinLa transferencia de calor por conveccin se origina gracias al movimiento del fluido. Esto quiere decir que el fluido adyacente a superficies calientes recibe el calor que Lugo transfiere al resto del fluido frio mezclndose con l, en la cual encontramos dos formas de transferencia de calor por conveccin: (Yanus A & Afshin j, 2007)9.1. Conveccin libre o natural: Ocurre cuando el movimiento del fluido no se complementa por agitacin mecnica.9.2. Conveccin forzada: Ocurre cuando el fluido se agita mecnicamente (la agitacin mecnica puede aplicarse por medio de un agitador). La transferencia de calor se clasifica de acuerdo con la forma de inducir el flujo, en conveccin libre y conveccin forzada. Cuando el movimiento de mezcla tiene lugar exclusivamente como resultado de la diferencia de densidades causados por los gradientes de temperaturas se habla de conveccin libre, cuando el movimiento de mezclado s incluido por algn agente externo tal como una bomba o un agitador el proceso ser una conveccin forzada. (Canchingre, 2011)Entonces podemos decir que si existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casiseguroque se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, sudensidad(masa por unidad devolumen) suele disminuir. Si el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido ms caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido Ms fro y ms denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina conveccin natural. La conveccin forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que sefuerzasu movimiento de acuerdo a lasleyesde lamecnicade fluidos.Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El lquido ms prximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conduccin a travs de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido ms fro baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulacin. El lquido ms fro vuelve a calentarse por conduccin, mientras que el lquido ms caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiacin y lo cede al aire situado por encima. De forma similar, en una cmara vertical llena de gas, como la cmara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto al panel exterior que est ms fro desciende, mientras que al aire cercano al panel interior ms caliente asciende, lo que produce un movimiento de circulacin. (Domingo, 2011)El calentamiento de una habitacin mediante un radiador no depende tanto de la radiacin como de las corrientes naturales de conveccin, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire fro del resto de la habitacin se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire fro a bajar, los radiadores deben colocarse cerca delsuelo(y los aparatos deaire acondicionadocerca del techo) para que laeficienciasea mxima. De la misma forma, la conveccin natural es responsable de la ascensin del agua caliente y el vapor en lascalderasde conveccin natural, y del tiro de las chimeneas. La conveccin tambin determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, laaccinde los vientos, la formacin de nubes, las corrientes ocenicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie. (Domingo, 2011)COEFICIENTE DE PELICULA:Tambin es conocido como coeficiente pelicular (h). Es un parmetro importante de la Conveccin de calor, ya sea natural o forzada, cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por conveccinPara la Conduccin tenemos el coeficiente de conductividad trmica (k), que nos indica la conductividad de calor de un material.Los flujos de calor o prdidas de energa quedan de la siguiente manera:Conveccin: Q = h.A ( ) (7)RADIACINhttp://www.aislantes-aislamax.com.ar/

FIGURA 7. Transferencia de calor por radiacin

11.1. INTRODUCCIN: Se aplica a muchos procesos que incluyen transferencia de energa mediante el fenmeno de ondas electromagnticas. El modo de transferencia de calor por radiacin difiere de los modos de conduccin y conveccin en dos aspectos importantes No requiere medio de transmisin La transferencia de energa: Es proporcional a la cuarta o a la quinta parte de la temperatura de los cuerpos incluidos. La radiacin como ya lo hemos mencionado 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 radiacin es un trmino que se aplica genricamente a todaclasede fenmenos relacionados conondas electromagnticas. Algunos fenmenos de la radiacin pueden describirse mediante la teora de ondas, pero la nica explicacin general satisfactoria de la radiacin electromagntica es la teora cuntica.En 1905,Albert Einsteinsugiri que la radiacin presenta a veces uncomportamientocuantizado: en el efecto fotoelctrico, la radiacin se comporta como minsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuntica de la energa radiante se haba postulado antes de la aparicin del artculo de Einstein, y en 1900 el fsico alemn Max Planck emple la teora cuntica y el formalismo matemtico de la mecnicaestadsticapara derivar una ley fundamental de la radiacin.La expresin matemtica de esta ley, llamadadistribucinde Planck, relaciona la intensidad de la energa radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un mximo de energa radiante. Slo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiacin ajustndose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.La contribucin de todas las longitudes de onda a la energa radiante emitida se denominapoderemisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energa emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. Como puede demostrarse a partir de la ley de Planck, el poder emisor de una superficie es proporcional a la cuartapotenciade su temperatura absoluta. El factor de proporcionalidad se denomina constante deStefan-Boltzmanen honor a dos fsicos austriacos, Joseph Stefan y Ludwig Boltzman que, en 1879 y 1884 respectivamente, descubrieron esta proporcionalidad entre el poder emisor y la temperatura. Segn la ley de Planck, todas las sustancias emiten energa radiante slo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuanto mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energa emitida. Adems de emitir radiacin, todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energa radiante de forma continua, se funde si se ilumina con una lmpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que emite.Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiacin incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben ms calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan ms energa radiante que las superficies mates.Adems, las sustancias que absorben mucha radiacin tambin son buenos emisores; las que reflejan mucha radiacin y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorcin y paredes pulidas para una emisin mnima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela. (Pitts & Sissom, 1980)Algunas sustancias, entre ellas muchosgasesy el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiacin. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorcin, reflexin y transmisin de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiacin incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiacin ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribucin de Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad mxima de energa radiante disminuye con la temperatura. La ley de desplazamiento de Wilhelm, llamada as en honor al fsico alemn Wilhelm Wien, es una expresin matemtica de estaobservacin, y afirma que la longitud de onda que corresponde a la mxima energa, multiplicada por la temperatura absoluta del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrmetros-Kelvin. Este hecho, junto con las propiedades de transmisin del vidrio antes mencionadas, explica el calentamiento de los invernaderos. La energa radiante del Sol, mxima en las longitudes de onda visibles, se transmite a travs del vidrio y entra en el invernadero.Encambio, la energa emitida por los cuerpos del interior del invernadero, predominantemente de longitudes de onda mayor, correspondiente al infrarrojo, no se transmiten al exterior a travs del vidrio. As, aunque la temperatura del aire en el exterior del invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho ms alta porque se produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior. (Pitts & Sissom, 1980)Adems de los procesos de transmisin de calor que aumentan o disminuyen las temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisin de calor tambin puede producir cambios de fase, como lafusindel hielo o la ebullicin del agua. En ingeniera, los procesos de transferencia de calor suelen disearse de forma que aprovechen estos fenmenos. Por ejemplo, las cpsulas espaciales que regresan a laatmsfera de la Tierraa velocidades muy altas estn dotadas de un escudo trmico que se funde de forma controlada en un proceso llamado ablacin para impedir un sobrecalentamiento del interior de la cpsula. La mayora del calor producido por el rozamiento con la atmsfera se emplea en fundir el escudo trmico y no en aumentar la temperatura de la cpsula (Pitts & Sissom, 1980)La radiacin segn Welty. Nos dice que transferencia de calor radiante difiere de la conduccin y de la conveccin en que no se necesita un medio para su propagacin, de hecho la transferencia de energa por radiacin es mxima cuando las dos superficies que estn intercambiando energa estn separados por un vaco perfecto (Welty, 1994)TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACINLa radiacin trmica es una forma de radiacin electromagntica similar a los rayos x, las ondas de luz los rayos gamma, etc., y la nica diferencia es la longitud de onda. Obedeciendo las mismas leyes de la luz: se desplaza en lnea recta, puede transmitir a partir del espacio vaco, etc. Es un mecanismo de transferencia de calor muy importante, en especial cuando existen grandes diferencias de temperatura como en un horno de tubos o calderas de vapor. (La radiacin suele ir acompaada de conduccin y conveccin)En su sentido ms elemental. El mecanismo de transferencia de calor por radiacin est constituido por tres etapas o fases:12.1. La energa trmica de una fuente de calor, tal como la pared de un horno , se convierte en energa de radiacin electromagntica12.2. Las onda se desplazan atreves del espacio en lnea recta y llegan a un objeto frio a , tal como en un tubo que contiene el agua que se desea calentar.12.3. Las ondas electromagnticas que chocan contra el cuerpo son absorbidas por este y se vuelven a transferir en energa o calor. (Geankoplis C. J., 1986)Absorbida y cuerpos negros: cuando la radiacin trmica incide sobre un cuerpo, parte de ella es absorbida por este en forma de calor, otra parte se refleja de regreso al espacio y otra parte se transmite atreves del cuerpo. Entonces para el caso de cuerpos opacos tenemos: + =1.0 (8) = es la absorbida o fraccin absorbida = es la reflectividad o fraccin reflejadaNOTA: Un cuerpo negro se define como aquel que absorbe toda la energa radiante y no refleja porcin alguna de la misma. De esta manera para un cuerpo negro, = 0; = 1.0 (Geankoplis C. J., 1986, pgs. 220-221)12.4. DEFINICIN DE LAS MAGNITUDES PARA LA RADIACION12.4.1 Potencia o flujo energtico de una fuente radiante. Si tenemos una fuente F que emite energa radiante, su potencia o flujo energtico es la potencia irradiada en todo el espacio que la rodea. Se mede en vatios o en cualquier unidad de potencia como kcal/hora.12.4.2. Potencia espectral o flujo monocromtico o espectral. Se denomina flujo espectral o monocromtico al flujo energtico emitido por unidad de longitud de onda, correspondiente a las radiaciones de longitud de onda comprendida entre y + d.se mide en vatios /metro, kcal/hm u otras unidades similares 12.4.3. Poder emisivo o emitancia de una de una fuente, E. es la potencia irradiada por un elemento plano de superficie unidad en todo el espacio que lo rodea. E = /A. para una superficie no plana, es necesario referirnos a un punto P de la fuente para definir la emitancia en la forma: (Domingo, 2011) (9) Donde d es la potencia emitida por el elemento de rea dA tangente al fuente en PCOMBINACIN DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIN Y CONVECCINCuando una superficie transfiere calor por radiacin casi siempre existe tambin un transferencia trmica conectiva a menos que dicha superficie este en vaco.La trasferencia de calor por radiacin se determina mediante la expresin de STEFAN BOLTZMANN, de esta manera, la velocidad total de transferencia de calor es la suma de la conveccin ms la radiacin entonces los coeficientes conectivos estn dados por. (Geankoplis C. J., 1986, pg. 223) (10)El coeficiente radiante de transferencia de calor puede definirse como: (11)Formula de STEFAN BOLTZMANN: (12)RADIACIN DIRECTA ENTRE CUERPOS A DISTINTAS TEMPERATURAS14.1. RADIACIN EFECTIVA. Hemos visto que un cuerpo emite una radiacin propia por encontrarse a una cierta temperatura, y habamos denominado a la densidad del flujo radiante propio eminencia o poder emisivo E. esta emisin propia se hace a costa de su energa interna y viene determinado por su temperatura, material y estado de la superficie . Si o incidiera ninguna radiacin sobre el cuerpo de este saldr nicamente la radiacin propia. Consideramos un cuerpo en el que la transmisin es despreciable y por tanto = 0 y por consiguiente + = 1 sobre este incidir la radiacin procedente de otro cuerpo. (Domingo, 2011) (13)RADIACIN DE CUERPOS NEGROSEn el estudio de la transferencia de calor por radiacin, la superficie ideal es el cuerpo negro, el cual se define como aquel que cumple la condicin . De este modo el cuerpo negro absorbe toda la radiacin trmica incidente, sin importar sus caractersticas espectrales o direccionales. (Holmn, 1999)15.1. POTENCIA EMISIVA DEL CUERPO NEGRO La potencia emisiva total (hemisfrica) de un cuerpo negro se expresa mediante la ecuacin de STEFAN BOLTZMANN, (14)Dnde: = a la constante de STEFAN BOLTZMANN, que es igual a 0.1714 x Btu/hr-- (Pitts & Sissom, 1980, pgs. 262-263).

TRANSFERENCIA DE CALOR EN LQUIDOS NO NEWTONIANOSLa transferencia de calor en fluidos se ha llevado acabo con fluidos newtonianos. Sin embargo en industrias qumicas y biolgicas se manejan bastantes fluidos no newtonianos. Dichos fluidos no newtonianos tienen viscosidades efectivas altas, casi siempre producen flujos laminare. (Geankoplis C. J., 1986, pg. 237).16.1. TRANSFERENCIA DE CALOR EN TUBOSLas propiedades fsicas que se necesitan para obtener los coeficientes de transferencia de calor son la densidad, la capacidad calorfica, la conductividad trmica y las constantes reolgicas en la transferencia de calor en fluidos con flujo laminar, el mecanismo es principalmente, de conduccin. No obstante, cuando las velocidades de flujo y las viscosidades son bajas pueden existir efectos de conveccin natural. Puesto que muchos fluidos no newtonianos son bastante viscosos, los efectos de la conveccin natural se reducen de manera notable. (Geankoplis C. J., 1986)16.2. PRINCIPIOS FUNDAMENTALESSiempre que existe una diferencia de temperatura enel universo, la energa se transfiere de la regin de mayor temperatura a la de menor temperatura. De acuerdo con los conceptos de latermodinmica, esta energa transmitida se denomina calor.Las leyes de la termodinmica tratan de la transferencia de energa, pero siempre se refieren a sistemas que estn en equilibrio, y solo pueden utilizarse para predecir la cantidad de energa requerida para cambiar unsistemade un estado de equilibrio a otro, por lo que no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios.Lacienciallamada transmisin otransferencia de calorcomplementa los principios primero y segundo de la termodinmica clsica, proporcionando los mtodos deanlisisque pueden utilizarse para predecir la velocidad de la transmisin del calor, adems de los parmetrosvariablesdurante el proceso en funcin del tiempo.Para un anlisis completo de la transferencia del calor es necesario considerar mecanismos fundamentales de transmisin: conduccin, conveccin y radiacin, adems del mecanismo de acumulacin. El anlisis de los sistemas ymodelosde intercambio de calor requieren familiaridad con cada uno de estos mecanismos y sus fundamentos, as como de sus interacciones. (Geankoplis C. J., 1986)

REGIONES DEFINIDAS EN LOS CERRAMIENTOS.En la transmisin del calor a travs de los cerramientos, entre el ambiente exterior y el ambiente interior de los edificios, se distinguen varios mecanismos de transferencia y regiones donde se realizan:Superficies, en contacto con el ambiente ex0terior e interior, donde se intercambia calor por radiacin y conveccin entre el ambiente y el interior del cerramiento.Interior del cerramiento, donde se transmite calor por conduccin entre ambas superficies a travs de varias capas, y se almacena calor por acumulacin en su masa trmica.

Aislamientos, que son regiones del interior del cerramiento con elevadaresistenciatrmica y sin acumulacin de calor. Los casos convencionales son las capas aislantes, de masa despreciable, y las cmaras de aire, que si bien actan por mecanismos de conveccin y radiacin, se asimilan a una resistencia trmica y por supuesto carecen de capacidad de acumulacin. (Geankoplis C. , 2006)

CONDUCCIN Y ACUMULACINLa conduccin es el modo de transferencia trmica en el que el calor se mueve o viaja desde una capa de temperatura elevada del cerramiento a otra capa de inferior temperatura debido al contacto directo de las molculas del material. La relacin existente entre la velocidad de transferencia trmica por conduccin y la distribucin de temperaturas en el cerramiento depende de las caractersticas geomtricas y las propiedades de los materiales que lo constituyen, obedeciendo la denominada la Ley de Fourier. (15)

Cuando el cerramiento se encuentra en equilibrio termodinmico resulta que el flujo de calor y la temperatura en cada punto del mismo permanece constante, y el proceso se denomina transmisin en rgimen estacionario y el flujo de calor es funcin de la propiedad de los materiales denominada conductividad. Cuando no existe el anterior equilibrio, ya sea porque el cerramiento no ha tenido tiempo para estabilizarse o debido a que las condiciones del entorno varan en el tiempo, el proceso de denomina transmisin en rgimen transitorio, caracterizado porque la temperatura en cada punto del cerramiento varan en el tiempo. Una consecuencia de la variacin de temperatura en el interior del cerramiento es la acumulacin del calor, debido a la propiedad de los materiales de absorber o disipar energa cuando vara su temperatura denominada calor especfico. (Betancourt, 1991)

CONVECCIN MIXTA, (ley de Newton) Cuando exista una fuerza motriz exterior, como el viento, que mueva al aire sobre una superficie a diferente temperatura se producir una conveccin forzada, que debido al incremento de la velocidad del aire se transmitir una mayor cantidad de calor que en la conveccin libre, para una determinada diferencia de temperatura. En el caso que se superpongan ambas fuerzas motrices, por ser de magnitudes semejantes, el proceso se denomina conveccin mixta. En cualquiera de los casos el fenmeno se puede evaluar mediante la Ley deNewtondel enfriamiento.Q = h D t [W/m2] (16)La teora corpuscular admite que la energa radiante se transporta en forma de paquetes llamados fotones, que se propagan con distintos niveles energticos dados por la Ley de Planck, por lo que la frecuencia es funcin del nivel de energa. Cuando un cuerpo toma energa los electrones libres son excitados, saltando a niveles de mayor energa, y cuando retornan al nivel de equilibrio devuelven dicha diferencia de energa en forma de un fotn.En toda superficie existen continuamente electrones que cambian de diferentes niveles, por lo que la energa radiante se emite en un abanico de frecuencias llamado espectro de la radiacin. Cuando el origen de la radiacin es el calor, la energa se emite en funcin solo de la temperatura y se denomina radiacin trmica.No todas las superficies emiten o absorben la misma cantidad de energa radiante cuando se calientan a la misma temperatura. Un cuerpo que absorba o emita a una temperatura determinada la mxima cantidad de energa sedenomina superficie negra o simplemente cuerpo negro.Un cuerpo negro perfecto no existe en la realidad, sino que es un ente ideal que se utiliza como referencia respecto a otros radiadores. No obstante, existen numerosas superficies que son cuerpos negros casi perfectos, sobre todo para radiaciones de onda larga, por lo que para casos prcticos son considerados como tales con suficiente exactitud. (Yanus A & Afshin j, 2007)Cuando uncuerpo negro,se calienta a una temperatura absolutaT,su superficie emite un flujo de radiacin trmica con una distribucin espectral definida, que es determinable mediante la Ley de Planck. La longitud de onda a la cual la potencia emisiva es mxima se puede deducir de la Ley de Planck, cuyo resultado es la Ley del deslizamiento de Wien: (17)El flujo total de energa radiante que emite un cuerpo negro a una temperatura absolutaT(K) y en todo el espectro se determina integrando la distribucin de Planck para todas las longitudes de onda, cuyo resultado se conoce como la Ley de Stefan-Boltzman:=sx T4= 5.67 x 10-8 x T4 (K) [W/m2] (18)Siendos= 5.67 10-8 [W/m2 K4] la Constante de Stefan-Boltzman. Esta ltima ley es de granutilidad, y de su anlisis se deduce que si bien la constantes es de muy pequea magnitud, se compensa por elvalorque puede alcanzar el trmino de la temperatura por estar elevado a la 4 potencia. As un cuerpo negro a 6250K (por ejemplo el Sol) emitira 86 106 W/m2, e incluso a una temperatura ambiental de 300K (27C) emitira 460 W/m2, lo que constituye un flujo importante para las magnitudes de transferencia de calor usuales en cerramientos. (Yanus A & Afshin j, 2007)El espectro de las radiaciones trmicas habituales en los ambientes arquitectnicos contiene longitudes de ondas comprendidas entre 0.2 y 50 10-6 m, y a efectos de la transmisin de calor por radiacin en cerramientos se pueden dividir en dos regiones: Radiacin trmica de onda corta con longitudes entre 0,2 y 3 micrmetros, caracterstica de las fuentes de radiacin de alta temperatura (T=6000 K) como el sol el alumbrado artificial, y cuyo campo comprende parte del ultravioleta (l