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Fenómenos de Transporte 2

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Conductividad térmica de líquidos

La Ingeniería Térmica trata de los procesos de transferencia de calor y la metodología para calcular la velocidad temporal conque éstos se producen y así poder diseñar los componentes y sistemas en los que son de aplicación. La transferencia de calor abarca una amplia gama de fenómenos físicos que hay que comprender antes de proceder a desarrollar la metodología que conduzca al diseño térmico de los sistemas correspondientes. Algunos ejemplos de diseño pueden ser: a) Los que requieren disminuir las cantidades de calor transferido mediante un aislante térmico, o amplificarlas mediante aletas u otros sistemas b) Los que implican procesos de transferencia de calor de un fluido a otro mediante intercambiadores de calor c) Los que controlan térmicamente un proceso, manteniendo las temperaturas de funcionamiento de los elementos sensibles al calor dentro de unos márgenes predeterminados, etc. Siempre que existe una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de la región de mayor temperatura a la de temperatura más baja; de acuerdo con los conceptos termodinámicos la energía que se transfiere como resultado de una diferencia de temperatura, es el calor. Sin embargo, aunque las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, sólo se aplican a sistemas que están en equilibrio; pueden utilizarse para predecir la cantidad de energía requerida para modificar un sistema de un estado de equilibrio a otro, pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) conque puedan producirse estos cambios; la fenomenología que estudia la transmisión del calor complementa los Principios termodinámicos, proporcionando unos métodos de análisis que permiten predecir esta velocidad de transferencia térmica. Hay tres mecanismos fundamentales de transmisión de calor: conducción, convección y radiación. Los tres tipos de transmisión transmisión de calor se pueden producir al mismo mismo tiempo y es aconsejable tener en cuenta la transmisión de calor por cada uno de esos tipos en cada


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Conductividad térmica de Líquidos La conductividad térmica de los líquidos decrece a medida que aumenta su temperatura, excepto en el caso del agua, pero el cambio es tan pequeño que en la mayor parte de las situaciones prácticas, la conductividad térmica se puede suponer constante para ciertos intervalos de temperatura; asimismo, en los líquidos no hay una dependencia apreciable con la presión, debido a que éstos son prácticamente incompresibles.

Para la determinación de la difusividad térmica en líquidos se puede definir como:

α =

K ( ρ )(Cp )

=

5 3 ρ 4

M

Como la ecuación no es homogénea, conviene precisar las unidades en que se deben expresar las magnitudes que en ella figuran, K en Kcal. /m hora °C,  y Cp en Kcal./kg. ºC. Para definir la variación de la conductividad térmica k en función de la temperatura, Riedel propone la ecuación:

K = Kk 1 − 6.7(1 − Tr ) Donde: k la conductividad a la temperatura T = Tr Tk en ºK kk la conductividad a la temperatura crítica Tk en °K Tr la temperatura reducida igual a T/Tk

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Modelos para la determinación de la conductividad térmica de líquidos puros


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Esta correlación tiene como restricción de uso el siguiente intervalo de temperaturas, 239-600 K (de –34 °C a 326 °C) para el heptanol y 268-639K (-5 °C-365 °C) para el nonanol. A través de la correlación de Yaws (1995) se estima que la conductividad térmica del heptanol y nonanol a 25 °C es 0,1597W/m. K y 0,1617 W/m. K, respectivamente.

Modelos para la determinación de la conductividad térmica de mezclas liquidas binarias Ecuación NEL.

( Km − K 1) = αω 23 / 2 + ω 2 (1 − α ) ( K 2 − K 1) Donde k2 es mayor que k1, ω2 es la fracción másica del componente 2, y α es una constante de la mezcla. Los valores de esta constante son dados para sesenta sistemas dentro de un intervalo que se extiende desde 0,1 hasta 1,0 aproximadamente. Como α no es un valor usualmente conocido, frecuentemente se supone igual a la unidad. La simplificación anterior conlleva a un error que no excede el 4%.

Ecuación Filippov Esta relación empírica fue propuesta por investigadores de la ex-Unión Soviética y es presentada de forma similar a la ecuación de NEL:

( Km − K 1) = C ω 22 + ω 2 (1 − C ) ( )


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Relación de Power-Law.

Km r = ω 1 K 1r + ω 2 K 2r Donde ω es la fracción másica. El parámetro r puede ser ajustado a los datos experimentales. El valor más apropiado de r depende de la relación _k2/k1 , donde k2> k1. En la mayoría de los sistemas 1 ≤ k 2/ k1 ≤2 y en este intervalo, un valor de r = -2 provee la mejor aproximación entre la conductividad térmica estimada y la experimental.

Ecuación Li.

Km = φ 12 K 1 + 2φ 1φ 2 K 12 + φ 22 K 2 En donde:

K ij = 2( K i + Kj −1

φ i =

−1 −1

)

X I V i

∑ X V j

j

donde X1 es la fracción molar del componente i y Ǿ es la fracción volumétrica de i, Vi


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Metales líquidos : propiedades térmicas

Metal liquido (Punto de fusión) (Punto de ebullición) (Calor latente en el PE)

T (K)

Plomo (PF 600 K) (PE 2020K) 6 (0.850 * 10 J/Kg)

650 700 800 900

16.7 17.5 19.0 20.4

0.023 0.019 0.014 0.011

Litio (PF 453 K) (PE 1613 Kg) 6 (19.5*10 J /Kg)

500 600 700 800 900

43.7 46.1 48.4 50.7 55.9

0.053 0.039 0.031 0.025 0.018

Mercurio (PE 234 K) (PE 630 K) 6 (0.292 * 10 J/Kg)

300 400 500 600

8.4 9.8 11.0 12.1

0.025 0.016 0.012 0.010

Potasio (PE 371 K) (PE 1049 K)

400 500 600

45.5 43.6 41.6

0.0086 0.0050 0.0040

K (W/m*k)

Pr


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Líquidos Dieléctricos: Propiedades térmicas Metal liquido (Punto de fusión) (Punto de ebullición) (Calor latente en el PE)

Agua ( PF 273 K ) ( PE 373 K ) 6 ( 2.26 *10 J/ Kg)

T (K)

275 280 285 290 295 300 310 320 330 340 350 360 370 373.15 380 390 400 420 440 460

K (W/m*k)

0.556 0.568 0.580 0.591 0.602 0.611 0.628 0.641 0.652 0.661 0.669 0.676 0.680 0.681 0.683 0.684 0.685 0.684 0.679 0.670

Pr

12.9 10.7 9.0 7.8 6.7 5.9 4.6 3.8 3.2 2.7 2.4 2.0 1.81 1.76 1.65 1.51 1.40 1.21 1.09 0.98


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