Ingenieria termica

La ingeniería térmica es una disciplina especializada de ingeniería mecánica que se ocupa del movimiento de energía térmica y transferencia. Dado que la energía puede transformarse entre dos medios o transferirse a otras formas de energía, un ingeniero térmico debe tener conocimiento de la termodinámica y el proceso para convertir la energía generada de las fuentes térmicas en energía química, mecánica o eléctrica.

Una o más de las siguientes disciplinas pueden estar involucradas en la resolución de un problema particular de ingeniería térmica:

Termodinámica

 

El conocimiento de la  termodinámica  es esencial para  los ingenieros nucleares , que trabajan con  reactores de energía nuclear . La termodinámica  es la ciencia que se ocupa de la producción, almacenamiento, transferencia y conversión de energía. Estudia los efectos del  trabajo , el  calor  y la  energía en un sistema. La termodinámica  es tanto una rama de la  física  como una  ciencia de la ingeniería . El físico  normalmente está interesado en obtener una  comprensión fundamental del comportamiento físico y químico de cantidades fijas de materia en reposo y utiliza las leyes de la termodinámica para relacionar las propiedades de la materia. Los ingenieros  están generalmente interesados ​​en estudiar  los sistemas de energía y cómo interactúan con su entorno. Nuestro objetivo aquí será introducir la  termodinámica como la ciencia de conversión de energía , introducir algunos de los conceptos y definiciones fundamentales que se utilizan en el estudio de la termodinámica de  ingeniería . Estos conceptos y definiciones fundamentales se aplicarán aún más a los sistemas de energía y finalmente a las  centrales térmicas  o  nucleares .

Mecánica de fluidos

Dinámica de fluidos
Simulación numérica de CFD Fuente: Grupo de desarrollo de CFD – hzdr.de

La mecánica de fluidos es la rama de la ingeniería térmica relacionada con la mecánica de los fluidos (líquidos, gases y plasmas) y las fuerzas sobre ellos. Se puede dividir en estática de fluidos , el estudio de fluidos en reposo; y dinámica de fluidos. La dinámica de fluidos  es una subdisciplina de la mecánica de  fluidos que se ocupa del flujo de fluidos. Dinámica de fluidos Es una de las áreas más importantes de la física. La vida tal como la conocemos no existiría sin fluidos, y sin el comportamiento que exhiben los fluidos. El aire que respiramos y el agua que bebemos (y que constituye la mayor parte de nuestra masa corporal) son fluidos. La dinámica de fluidos tiene una amplia gama de aplicaciones, incluido el cálculo de fuerzas y momentos en aeronaves (aerodinámica), la determinación del caudal másico de agua a través de tuberías (hidrodinámica).

La dinámica de fluidos  es una parte importante de la mayoría de los procesos industriales; especialmente aquellos que implican la
transferencia de calor. En los reactores nucleares,  la eliminación de calor del núcleo del  reactor  se logra haciendo pasar un refrigerante líquido o gaseoso a través del núcleo y a través de otras regiones donde se genera calor. La naturaleza y el funcionamiento del sistema de refrigeración es una de las consideraciones más importantes en el diseño de un reactor nuclear.

Transferencia de calor y transferencia de masa

 

Heat Transfer - mechanisms

La transferencia de calor es una disciplina de ingeniería que se refiere a la generación, uso, conversión e intercambio de calor (energía térmica) entre sistemas físicos. En ingeniería energética, determina los parámetros y materiales clave de los intercambiadores de calor. La transferencia de calor generalmente se clasifica en varios mecanismos, como:

  • Conduccion de calor.  La conducción de calor, también llamada difusión, ocurre dentro de un cuerpo o entre dos cuerpos en contacto. Es el intercambio microscópico directo de la energía cinética de las partículas a través del límite entre dos sistemas. Cuando un objeto está a una temperatura diferente de otro cuerpo o su entorno
  • Convección de calor.  La convección de calor depende del movimiento de la masa de una región del espacio a otra. La convección de calor ocurre cuando el flujo de un fluido (gas o líquido) transporta calor junto con el flujo de materia en el fluido.
  • Radiación termal.  La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética, como la luz solar, sin necesidad de que la materia esté presente en el espacio entre los cuerpos.

En ingeniería, el término transferencia de calor por convección se usa para describir los efectos combinados de la conducción y el flujo de fluido. En este punto, tenemos que agregar un nuevo mecanismo, que se conoce como advección (el transporte de una sustancia por movimiento masivo). Desde el punto de vista termodinámico, el calor fluye hacia un fluido por difusión para aumentar su energía, el fluido luego transfiere (advecta) este aumento de energía interna (no calor) de un lugar a otro, y esto es seguido por una segunda interacción térmica que transfiere calor a un segundo cuerpo o sistema, nuevamente por difusión.