CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que tienen  la capacidad de conducir el calor. La conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes. 
La ecuación que describe la conductividad térmica se conoce como ley de fourier que esta relacionado con la densidad de flujo de calor con el gradiante de temperatura: 
 
En el SI la conductividad térmica se mide en W/(K·m).

 Conductividad térmica en los gases

Conductividad térmica de gases puros a baja presiones

El coeficiente de los gases puros a bajas presiones  se pueden estimar por varios métodos:

Teoría cinética de Chapman-Enskog
 

Teoría cinética rigurosa de los gases monoatómicos de los gases monoatómicos a baja densidad.

Ecuación de Eucken modificada por Stiel y Thodos

Modificación original por Eucken

  

Método de Chung

Preciso para compuestos no polares:

                                                                  

 Conductividad térmica de gases puros a alta presiones

Diagrama de conductividad reducida
Se puede relacionar conductividad térmica reducida con la T y P reducida.

                                                                     

Métodos de Stiel y Thodos

Correlaciona  la k en exceso con la densidad reducida y compresibilidad en el punto crítico

Según rango de valores de la densidad reducida:

    

Conductividad térmica de líquidos
Líquidos Puros
Método del punto de ebullición de Sato y Riedel
Método de exactitud limitida con la ventaja de que solo requiere información básica del compuesto:

Método de Lantini

Las constantes dependen del tipo de compuesto de acuerdo a la tabla 5.

  

Mezcla de líquidos 

Ecuación de Filippov

Solo aplica para mezclas binarias y emplea la k de los líquidos puros y las fracciones peso:

 

Método de Li

Sistema binario

 

Sistema multicomponente

 

Conductividad térmica en sólidos
Ecuación de Wiedemann-Franz-Lorentz(Metales Puros)
Para metales y aleaciones esta ecuación relacionan la k  y ke y la temperatura:










Ecuación de Maxwell (sólidos compuestos)
La conductividad térmica efectiva depende de las conductividades de los compuestos




Productos alimenticios
Se estima la k de un alimento a partir de la k y la fracción volumen de los componentes individuales
Modelo paralelo







Modelo perpendicular 

 

PRINCIPIOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor es el área de ingeniería que trata mecanismos encargados de la transferencia de energia de un lugar a otro cuendo existe diferencias de temperatura. Desempeña un papel importante en los diseños   de  sistemas de ingeniería y en otros aspectos de la vida.

En la transferencia de calor existen procesos que con llevan a la producción y absorción de energía en forma de calor.

Se conoce que el calor se transfiere de un lugar o cuerpo a otro mediante tres procesos muy importantes: conducción, convección y radiación.

 

MECANISMOS DE  TRANSFERENCIA  DE CALOR 

 Conducción

 Proceso de propagación de energía en un medio, sólido, líquido, gaseoso por comunicación molecular directa a distintas temperaturas.

 Ley de Fourier o segunda ley de la termodinámica

Esta ley define a la conductividad térmica (k). Dicha ley predice como se conduce el calor a través de un medio partiendo de alta a baja temperatura, en muchas aplicaciones puede suponerse como constante.

Convección

Proceso de transporte de energía que se lleva a cabo como consecuencia del movimiento de un fluido. se clasifica como convección forzada y convección libre.

Convección forzada.- el fluido pasa por el sistema mediante la acción de algún agente externo como por ejemplo el ventilador.

Convección libre.- un ejemplo típico de conveccion libre es el calentamiento del agua o el enfriamiento de un equipo eléctrico.

Radiación 

Todos los cuerpos emiten radiación en forma de energía electromagnética en distintas longitudes de ondas, siendo esta dependiente de la temperatura absoluta del cuerpo y de sus características superficiales. El calor se propgada en el vacío absoluto mediante radiación.