Libro de: Fundamentos de Transferencia de Calor

Titulo: Fundamentos de Transferencia de Calor
Autor: Frank P. Incropera / David P. DeWitt
Cuarta Edición
Editorial Pearson (versión en español)
País de Impresión: México
Páginas (Aproximadas): 176
Tamaño: 17mb aprox

Este es un buen libro de ingeniería, muy útil para empezar a comprender la transferencia de calor (de gran ayuda si llevas cursos de Operaciones Unitarias). El libro está compuesto de 3 capitulos:

1. Capitulo 1: Una introduccion a la transferencia de Calor (por conducción, convección y radiación, entre otros)
   
2. Capitulo 2: Introducción a la transferencia de calor por Conducción.
3. Capitulo 3: Conducción Unidimensional de estado estable

Pueden descargar el archivo en siguiente enlace:

Transferencia de Calor por Radiación y su Aplicación en la Agroindustria

Introducción: Como ya se sabe, hay tres formas de transferencia de calor: Conducción, convección y radiación. En la conducción, el calor se transfiere de una parte de un cuerpo a otra, produciéndose un calentamiento del material de que está entre ambas partes. En la convección, el calor se transfiere por el mezclado de los materiales y por conducción. En la transferencia radiante de calor, el medio a través del cual se transfiere el calor casi nunca se calienta. Básicamente, este mecanismo consiste en una transferencia de calor por radiación electromagnética.

La radiación térmica es una forma de radiación electromagnética similar a los rayos X, las ondas de luz, los rayos gamma, etc, y la única diferencia es la longitud de onda (entre λ, 10^-7 y 10^-4). Obedece a las mismas leyes que la luz: se desplaza en línea recta, puede trasnmitirse a través del espacio y del vacío, etc. Es un mecanismo de calor muy importante, en especial cuando hay grandes diferencias de temperatura, como en un horno de tubos de vapor, en secadores radiantes y en hornos para cocción de alimentos. La radiación suele ir acompañada de radiación y convección.

Mecanismo de Transferencia de calor por Radiación: Está constituido por tres etapas o fases:

1. La energía térmica de una fuente de calor, como la pared de un horno (T1), se convierte en la energía de la ondas de radiación electromagnética.
2. Estas ondas se desplazan a través del espacio en línea recta y llegan a un objeto frío (T2), como un tubo que contiene agua que se desea calentar.
3. Las ondas electromagnéticas que chocan contra el cuerpo son absorbidas por éste y se vuelven a transformar en energía o calor.

Cuando se calientan diferentes superficies a la misma temperatura, no emiten o absorben la misma cantidad de energía térmica radiante. Un cuerpo que absorbe y emite la máxima cantidad de energía a una temperatura dada se llama cuerpo negro, y es un estándar contra el que pueden compararse otros cuerpos.

Absortividad y Cuerpos Negros: Cuando la radiación térmica (igual que las ondas de luz) incide sobre un cuerpo, parte de ella es absorbida por éste en forma de calor, otra parte se refleja de regreso al espacio y otra se transmite a través del cuerpo. Para la mayoría de los propósitos de la ingeniería, los cuerpos se consideran opacos a la transmisión de la luz, por lo que ésta puede despreciarse. Por tanto, en el caso de cuerpo opacos,

α + ρ = 1.0

donde α es la absortividad o fracción absorbida, y ρ es la reflectividad o fracción reflejada.

Un cuerpo negro se define como aquel que absorbe toda la energía radiante y no refleja porción alguna de la misma. Por eso para un cuerpo negro, ρ es 0 y α = 1. En la realidad, en la práctica no hay cuerpos negros perfectos, pero una aproximación muy cercana sería un pequeño orificio en un cuerpo cilíndrico hueco, como se muestra en la siguiente figura:

La superficie interior del cuerpo hueco se ennegrece con carbón. La radiación penetra por el orificio e incide en la pared de enfrente, parte se absorbe allí mismo y parte se refleja, continuando así el proceso. De esta manera, casi toda la energía que penetra es absorbida y el área del orificio actúa como un cuerpo negro perfecto. La superficie de la pared interior es "rugosa" y los rayos se dispersan en todos los sentidos, a diferencia de un espejo, donde se reflejan en ángulos definidos.

Como ya se mencionó, un cuerpo negro absorbe toda la energía radiante que incide sobre él y no refleja ninguna porción. Un cuerpo negro también emite radiación, dependiendo de su temperatura. La relación entre el poder de emisión de una superficie y el de un cuerpo negro se llama emisividad ε y es 1.0 para un cuerpo negro. La Ley de Kirchhoff enuncia que a una misma temperatura T1, los valores de α₁ y el de ε₁ en una determinada superficie son iguales:

α₁ = ε₁

Aplicación de la Transferencia de Calor por Radiación en la Agroindustria: La utilización de la radiación térmica en la agroindustria se ha dado en:

1. Calentamiento de Alimentos por Microondas.-En la cocción ordinaria, el calor transfiere al alimento por conducción, convección. Por otro lado, cuando los alimentos se calientan utilizando microondas, la energía se enlaza directamente al alimento en forma de radiaciones electromagnéticas a frecuencias de microondas, de modo que la absorción de energía y el calentamiento consecuente se llevan a cabo de todos los puntos del alimento. Como resultado, la conducción de calor por todo el alimento no constituye el modo principal de calentamiento, de manera que este es muy rápido.
2. Hornos de Procesos: Un horno de proceso es un equipo constituido por un cerramiento metálico revestido interiormente por una pared refractaria aislante, dentro del cual se dispone un serpentín tubular por el que circula un producto que se desea calentar y/o evaporar a través del calor liberado por un combustible sólido, líquido o gaseoso que se inyecta convenientemente al horno. En el quemador se produce la reacción de combustión que genera una masa de gases calientes que son los productos de combustión. Estos gases entregan calor por radiación al serpentín y salen por la chimenea. Por otro lado, del calor liberado en la combustión, una parte es aprovechado en el calentamiento del producto y una parte se pierde en la chimenea y las paredes.
3. Calentamiento y evaporación en el proceso de secado de los grnaos y otros productos agrícolas: Mediante el uso de un colector solar, se puede aprovechar la radiación solar. Este elemento transforma la radiación solar en energía para calentar el aire. El funcionamiento básico del colector solar, que se emplea para generar pequeños aumentos de la temperatura del aire, consiste en recibir la radiación solar que incide en la superficie externa del colector, hecha de material transparente, generalmente vidrio o plástico. La radiación solar que atraviesa la película transparente del colector incide en una superficie, que se denomina absorbedora, y aumenta su temperatura. El flujo de aire calentado por contacto con esa superficie se puede aprovechar en el secado de productos agrícolas.

Bibliografia

• Geankopolis C. J. 1988. “Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias”. 3ª edición. Compañía Editorial Continental S.A. México.
• Sharma S. K, Mulvaney S. J, Rizvi. S. H. 2003. “Operaciones Unitarias y Prácticas de Laboratorio”. 1ª edición. Editorial LIMUSA. México.
• E. Cao. 2004. “Transferencia de Calor en Ingeniería de Procesos”. 1ª edición. Argentina.
• Antoninho D. V, Marcal Q. D, Marques P. J, Sinicio R. 1991. “Secado de Granos: Natural, solar y a bajas temperaturas”. Oficina Regional de la FAO para America Latina y el Caribe.

Pulpeadora

Para muchos procesos industriales como la obtención de néctares o elaboración de mermelada, es necesario tener la pulpa del fruto en una fase semilíquida, homogénea, libre de residuos indeseados, por lo que se realiza un "pulpeado", que no es más que la operación de desintegración que se utiliza para separar la pulpa del material fibroso, cáscara, pepas, etc. Esta operación se realiza a nivel industrial en pulpeadoras, existiendo así diversos, siendo los más usadas las licuadoras industriales (para producciones muy grandes) y las pulpeadoras horizontales, la cual está ligada a una especie de brazos que pueden ser paletas de acero inoxidable, brochas o cepillos de nylon, que giran a gran velocidad para facilitar la ruptura de la fruta.

Para el pulpeado se utilizan diferentes mallas con diámetros de perforaciones de 2; 4; 6 y 8mm. dependiendo de la fruta.

En algunos procesos industriales, es necesario "refinar" la materia obtenida del pulpeado, por lo cual se realiza una segunda operación de pulpeado, utilizando una malla que elimina de pulpa superior a 1 mm.

Algunas pequeñas empresas tienen pulpeadoras "hechizas", o sea no son de fábrica, si no elaboradas artesanalmente, pero que si resultan cumplir con las mismas funciones (siempre y cuando haya sido elaborada y diseñada por alguien capacitado).

Fundamento-Práctica de Análisis Volumétrico

FUNDAMENTO TEORICO: La mayoria de las reacciones químicas ocurren en un medio acuoso, lo que es lo mismo decir que los reactivos deben estar en soluciones y sus concentraciones indican la cantidad de soluto en un volumen dado de solución. El conocimiento de éstas cantidades permite que un análisis químico cuantitativo obtenga resultados más exactos y precisos.

Estas cantidades pueden expresarse en gramos, en moles, o en equivalentes gramo/litro. Si se usan moles por litro, se llaman soluciones molares y si se usan equivalente gramo por litro se llaman soluciones normales.

Para llevar a cabo una dilución se utiliza las siguientes equivalencias:

# moles iniciales (1) = moles finales (2)
M1 V1 = M2 V2

# eq-g iniciales (1) = eq-g finales (2)
N1 V1 = N2 V2

Por definición se conoce que:
M---> Moles de soluto / litro de solución
N---> Eq-g de soluto / litro de solución

En este tipo de análisis cuantitativo es necesario conocer la cantidad equivalente de sustancia neutralizante, utilizando para ello unos compuestos orgánicos llamados indicadores. Estos tienen la propiedad de cambiar de color según varie la concentración protónica. La variación de color permite determinar el punto de equivalencia. Algunos indicadores más usados son la fenoltaleína y el naranja de metilo.

Titulación: Es el proceso por el cual se determina la cantidad de un analito en una solución basándose en una cantidad de un reactivo estándar que éste consume. En otras palabras, se hace una titulación cuando añadimos un reactivo de concentración conocida a la solución de un analito hasta que éste último reaccione de forma completa con el reactivo. El volumen del reactivo de concentración conocida se mide y es utilizado para determinar la cantidad del analito.

Puntos Finales en Métodos Volumétricos: Los puntos finales se basan en propiedades que cambian de una forma característica en o cerca del punto de equivalencia en una titulación, Los puntos finales más comunes están basados en cambios en color ya sea por el reactivo, el analito o una sustancia indicadora. Existen otras propiedades físicas tales como el potencial eléctrico, la conductividad, la temperatura, y el índice de refracción, que han sido usadas para determinar el punto de equivalencia en las titulaciones.

¿Qué es un ROTAMETRO? - Fundamentación y Forma de Uso

¿Alguna vez te han realizado esa pregunta? Si no lo han hecho, esto te puede dar una explicación...y si lo han hecho, pues esto te puede ahorrar tiempo de estar buscando en el google (u otro buscador) que solo te lleva a venta de instrumentos para medir caudales.

ROTÁMETRO: Un rotámetro es un medidor de caudal en tuberias de área variable, de caída de presión constante.

Funcionamiento del Rotámetro: El rotámetro consiste de un flotador (indicador) que se mueve libremente dentro de un tubo vertical ligeramente cónico, con el extremo angosto hacia abajo. El fluido entra por la parte inferior del tubo y hace que el flotador suba hasta que el área anular entre él y la pared del tubo sea tal, que la caída de presión de este estrechamiento sea lo suficiente para equilibrar el peso del flotador. El tubo es de vidrio (para presiones bajas; y de metal para presiones altas) y lleva grabado una escala lineal, sobre la cual la posición del flotador indica el gasto o caudal.

Fig.01: Ejemplo típico de un rotámetro

Fundamento del Rotámetro: El funcionamiento de este instrumento está basado en que el desplazamiento del émbolo es proporcional al empuje realizado, según el principio de Arquímides ("Todo cuerpo sumergido en un líquido experimenta un empuje vertical y hacia arriba al peso del líquido desalojado") y la altura desplazada será equivalente a un flujo determinado.

Ahora si el rotámetro nos dice el caudal y necesitamos saber cual es la velocidad, usamos la fórmula de la continuidad y despejamos V (velocidad):

Q = V A -------> V = Q/A

Donde:
Q = Caudal
A = Area del rotámetro
V = Velocidad (lo que deseariamos hallar)

Efecto de la Presión en la Densidad de los Fluidos

Bueno, he creido conveniente colocar este pequeño aporte (a manera de una explicación sencilla) dado que cuando me hicieron esa pregunta, no tenía una idea clara.

Antes que nada un FLUIDO puede ser: Un gas (helio, metano, etc) o un líquido (por ejemplo del agua que sale por la cañería jeje). Estos fluidos pueden ser:

• Compresibles---->Al aplicar presión en el fluido, este aumenta su densidad.
• Incompresibles--->Al aplicar presión mantienen su densidad.

En el caso de los gases este proceso puede explicarse mediante la fórmula general de los gases ideales:

P V = R T

Donde:
P = Presión
V = Volumen
R = Constante de los Gases
T = Temperatura

Pero como el volumen de un cuerpo no es más que la relación entre la masa del mismo y su densidad:

V = m / d

Donde :
m = masa
d = densidad

La formula general quedaría:

P m = d R T

Despejando d:

d = P m/R T

CONCLUSION: La densidad es proporcional a la presión y la masa, e inversamente proporcional a la temperatura.

Buscando información hallé este dato curioso: "la presión puede influenciar en la densidad de TODOS los fluidos, incluido el de los líquidos, menos que los gases evidentemente, pero bajo presiones altas (muy altas) reducen su volumen y por lo tanto aumenta su densidad (aunque siempre se los considera como fluidos incompresibles) ". Ya se que parece algo contradictorio, pero solo es un dato, si quieres colocar ESO en tu trabajo aconsejaría buscar a algún autor que respalde lo dicho.

Espero les sirva.