QUÍMICA ORGÁNICA
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  Anexo 2.1. ANALOGÍA TERMOELÉCTRICA

- Notación
- Analogía termoeléctrica
- Resistencia térmica
- Circuitos termoeléctricos
- Resistencia térmica por contacto
   
ARRIBA NOTACIÓN
 

- En ESTE DOCUMENTO la velocidad de tranferencia de calor se denota por Q-punto que es lo mismo que.
- En ESTE DOCUMENTO el flujo de calor ( Q-punto / A ) se denota por q-punto que es lo mismo que .

   
 

- OTRA NOTACIÓN que se puede ver en algunos libros o apuntes es la siguiente:
-- Para la velocidad de transferencia de calor :
-- Para el flujo de calor: j

   
ARRIBA ANALOGÍA TERMOELÉCTRICA
  - Consiste en identificar las variables eléctricas con las variables térmicas.

- HIPÓTESIS:
-- Régimen permanente
-- Sin fuente internas
-- Características termofísicas constantes ( r,Cp, k = ctes )
-- Transferencia unidireccional
   
 
ANALOGÍA TERMO-ELÉCTRICA
VARIABLES Transferencia de calor VARIABLES Electricidad
VELOCIDAD DE TRANSFERENCIA ( Q-punto ) INTENSIDAD DE CORRIENTE ( I )
TEMPERATURA ( T ) TENSIÓN ( V )
RESISTENCIA TÉRMICA ( Rth ) RESISTENCIA ELÉCTRICA ( R )
  - Así como la corriente eléctrica va de tensiones mayores a menores la velocidad de transferencia ( potencia térmica ) va de temperaturas mayores a menores.
   
ARRIBA RESISTENCIA TÉRMICA
  - Para calcular la resistencia térmica es necesario transformar las ecuaciones que modelan los distintos mecanismos de transferencia de calor para que presenten la siguiente forma:
( Ta - Tb ) / Q-punto = expresión matemática = Rth


- La expresión de la resistencia térmica es diferente dependiendo del mecanismo de transferencia:

-- a) Resistencia térmica a la conducción.- En este caso habrá que distinguir entre las diferentes geometrías que presenta el elemento resistivo. Las más usuales ( pared plana, pared cilíndrica y pared esférica ) se analizan en el capítulo 2.

-- b) Resistencia térmica a la convección.- Este caso se analiza en el capítulo 3.

-- c) Resistencia térmica a la radiación.- Este caso se analiza en el capítulo 4.
   
ARRIBA CIRCUITOS TERMOELÉCTRICOS
  - Para una pared plana simple cualquiera sometida a convección por una superfice y a ( convección + radiación ) por la otra se tiene:



Qconv1-punto = Qcond-punto = Qrad-punto + Qconv2-punto

Qconv1-punto = ( T1 - T2 ) / Rth-conv1 = ( T1 - T3 ) / ( Rth-conv1 + Rth-cond ) = ( T2 - T3 ) / Rht-cond = Qcond-punto

Qrad-punto = ( T3 - T4 ) / Rht-rad ; Qconv2-punto = ( T3 - T4 ) / Rth-conv2

Qconv1-punto = ( T1 - T4 ) / ( Rth-conv1 + Rth-cond + Req ) ; Req = ( Rth-rad * Rth-conv2 ) / ( Rth-rad + Rth-conv2 )
ARRIBA  
 
- Pared plana compuesta ( 1 ) .
ARRIBA  
 
- Pared plana compuesta ( 2) .
   
ARRIBA RESISTENCIA TÉRMICA POR CONTACTO
  - Al efectuar el análisis de la conducción de calor a través de paredes compuestas por capas de diferentes materiales se suele suponer, idealmente, que el contacto entre las diferentes capas es perfecto, resultando, por ejemplo, el circuito termoeléctrico de la siguiente figura:



- Sin embargo, realmente, el contacto entre capas de distintos materiales no es perfecto. Existen irregularidades en las superficies ( picos y valles ) que hacen que no se acoplen perfectamente y se produzan una serie de huecos ocupados por aire los cuales ofrecen una resistencia térmica diferente, ( en general mayor, por ser el aire un mal conductor del calor ) al contacto directo pico-pico. Teniendo en cuenta este hecho la pared anterior puede modelarse de la siguiente forma:



- Donde Rthc es la resistencia térmica por contacto.
   
ARRIBA

- Algunas formas de minimizar la resistencia térmica por contacto ( en caso de que interese ) son las siguientes:
- a ) Ejerciendo más presíon entre los materiales en contacto
- b ) Aplicando un líquido térmicamente conductor ( grasa térmica, aceite de silicona ) sobre las superficies antes de presionar la una contra la otra.
- c ) Reemplazar el aire de los huecos de la unión por otro gas mejor conductor del calor como el helio o el hidrógeno.
- d ) Insertar una hoja metálica suave ( como estaño, plata, cobre, níquel o aluminio ) entre las superficies antes de presionar la una contra la otra.