SISTEMAS CON
FUENTE DE CALOR
Muchos
problemas que se encuentran en transferencia de calor requieren un análisis que
tome en cuenta la generación o absorción de calor dentro de un cuerpo dado.
Tales tipos de problemas se encuentran en materiales a través de los cuales
fluye corriente eléctrica, en reactores nucleares, en hornos de microondas, en
la industria de procesamientos químicos, y en procesos de combustión.
Balance de
energía con fuentes de calor:
{(velocidad de entrada de energía calorífica)}-{(velocidad de salida de energía calorífica)} + {(velocidad de producción de energía calorífica)} = 0
EFECTO JOULE
El efecto
Joule, es el desprendimiento de calor provocado por el movimiento de electrones
también conocido como corriente eléctrica por un material.
Si por un
conductor circula corriente eléctrica, parte de la energía cinética de los
electrones se transforma en calor debido al choque que sufren los electrones
con las moléculas del conductor por el que circulan elevando la temperatura del
mismo.
Se es la velocidad de generación de energía por unidad de
volumen
Ecuación y condiciones de frontera:
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟=0 𝑞_𝑟 𝑛𝑜 𝑒𝑠 𝑖𝑛𝑓𝑖𝑛𝑖𝑡𝑜
𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑟=𝑅 𝑇=𝑇_0
Integrando:
Dado estas
relaciónes
Se= Pot elec /
Vol
Pot = I2R (I =
I A) R = 1/Ke L/A
Vol= A L
Obtenemos.
Para poder
obtener un perfil de temperatura aplicamos la ley de Fourier
De donde
podemos obtener:
LEY DE
WIEDEMANN – FRANZ
Establece que
el cociente de la conductividad calorífica y eléctrica es proporcional a la
Temperatura absoluta:
K/Ke = L T
VISCOCIDAD.
Los líquidos a
diferencia de los sólidos tienen la capacidad de poder fluir, es decir, si se
pone en movimiento a un líquido, éste al moverse trata de permanecer todo
junto, y es precisamente atribuido su virtud de ser viscosos. La Viscosidad es
la resistencia que tienen las moléculas que conforman un líquido para separarse
unas de otras, es decir, es la oposición de un fluido a deformarse y esta
oposición es debida a las fuerzas de adherencia que tienen unas moléculas de un
líquido o fluido con respecto a las otras moléculas del mismo líquido
Mediante el
procedimiento anterior podemos obtener una expresión que represente su
conducción.
Para el perfil
de temperaturas con placas paralelas obtenemos:
REACCION
QUIMICA.
Todas las
reacciones químicas son:
Endotérmicas (∆𝑯_"reacc" <𝟎)
Exotérmicas (∆𝑯_"reacc" >𝟎)
Entonces, la
energía química se transforma en energía térmica.
El perfil de
temperaturas es una suma de exponenciales.
Las constantes
de altura y crecimiento dependen de N y B. Que son funciones de los materiales,
de las condiciones de flujo y de la geometría.
REACCION
NUCLEAR.
Una reacción nuclear
es un proceso de combinación y transformación de las partículas y núcleos
atómicos. Una reacción nuclear se representa mediante una ecuación que muestra
el proceso en el que intervienen núcleos atómicos.
Reacción de
fisión
Es un tipo de
reacción nuclear que se produce cuando un núcleo pesado se divide en dos o más
núcleos ligeros. En estas reacciones se libera mucha energía.
Fusión nuclear
Es un tipo de
reacción nuclear en la que núcleos ligeros se unen para producir un núcleo más
pesado. Sería la una reacción inversa a la fisión nuclear:
Existen
aplicaciones en donde es necesario aprender cómo es que sucede este fenómeno,
en dado caso hay algunos ejemplos en la industria metalúrgica donde es
importante el entendimiento de estos conceptos.
TRATAMIENTOS
TERMICOS.
Todas las
reacciones de transformación que intervienen son de carácter exotérmico ya que
por cada cambio de fase hay energía involucrada.
En la gráfica
podemos observar cambios de pendientes en donde a cada una está relacionada un cambio
de temperatura y en algunos casos un cambio de transformación.
