{"id":40257,"date":"2019-09-18T11:24:58","date_gmt":"2019-09-18T10:24:58","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-densidad-de-flujo-de-calor-flujo-termico-definicion\/"},"modified":"2020-01-08T12:52:40","modified_gmt":"2020-01-08T11:52:40","slug":"que-es-la-densidad-de-flujo-de-calor-flujo-termico-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-densidad-de-flujo-de-calor-flujo-termico-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la densidad de flujo de calor? Flujo t\u00e9rmico: definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"<div class=\"su-quote su-quote-style-default\">\n<div class=\"su-quote-inner su-clearfix\">La tasa de transferencia de calor por unidad de \u00e1rea normal a la direcci\u00f3n de transferencia de calor se denomina flujo de calor.\u00a0A veces tambi\u00e9n se conoce como densidad de flujo de calor.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"su-divider su-divider-style-dotted\"><\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"su-spacer\"><\/div>\n<h2>Densidad de flujo de calor &#8211; Flujo t\u00e9rmico<\/h2>\n<p>La\u00a0<strong>tasa de transferencia de calor<\/strong>\u00a0por unidad de \u00e1rea normal a la direcci\u00f3n de transferencia de calor se denomina\u00a0<strong>flujo de calor<\/strong>\u00a0.\u00a0A veces tambi\u00e9n se conoce como\u00a0<strong>densidad de flujo de calor<\/strong>\u00a0.\u00a0En SI sus unidades son vatios por metro cuadrado (Wm\u00a0<sup>\u22122<\/sup>\u00a0).\u00a0Tiene una direcci\u00f3n y una magnitud, por lo que es una cantidad vectorial.\u00a0El flujo de calor promedio se expresa como:<\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/heat-flux-density-equation.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"aligncenter size-full wp-image-20016 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/heat-flux-density-equation.png\" alt=\"densidad de flujo de calor - ecuaci\u00f3n\" width=\"160\" height=\"60\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/heat-flux-density-equation.png\" \/><\/a><\/p>\n<p>donde A es el \u00e1rea de transferencia de calor.\u00a0La unidad de flujo de calor en unidades inglesas es Btu \/ h \u00b7 ft\u00a0<sup>2<\/sup>\u00a0.\u00a0Tenga en cuenta que el flujo de calor puede variar con el tiempo, as\u00ed como la posici\u00f3n en una superficie.<\/p>\n<p>En\u00a0<a title=\"Reactor nuclear\" href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-reactor\/\">los reactores nucleares<\/a>\u00a0, las limitaciones del\u00a0<strong>flujo de calor local<\/strong>\u00a0son de la mayor importancia para la seguridad del reactor.\u00a0Como el combustible nuclear consiste en barras de combustible, el flujo de calor se define en unidades de W \/ cm (flujo de calor lineal local) o kW \/ barra (potencia por barra de combustible).<\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"su-accordion\">\n<div class=\"su-spoiler su-spoiler-style-default su-spoiler-icon-plus su-spoiler-closed\">\n<div class=\"su-spoiler-content su-clearfix\"><\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights  lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<h2><span>Medici\u00f3n de flujo de calor<\/span><\/h2>\n<p><span>La medici\u00f3n del\u00a0<\/span><strong><span>flujo<\/span><\/strong><span>\u00a0de\u00a0<strong>calor<\/strong>\u00a0se puede realizar de diferentes maneras.<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><span>Medici\u00f3n basada en la diferencia de temperatura<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0Un m\u00e9todo com\u00fanmente conocido, pero a menudo poco pr\u00e1ctico, se realiza midiendo una diferencia de temperatura sobre una pieza de material con\u00a0<\/span><strong><span>conductividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong><span>\u00a0conocida\u00a0.\u00a0Este m\u00e9todo supone que la conductividad t\u00e9rmica del material es bien conocida.\u00a0Este m\u00e9todo es an\u00e1logo a una forma est\u00e1ndar de medir una corriente el\u00e9ctrica, donde uno mide la ca\u00edda de voltaje sobre una resistencia conocida.<\/span><\/li>\n<li><strong><span>Medici\u00f3n basada en el uso del sensor de flujo de calor<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0El flujo de calor se puede medir directamente a trav\u00e9s de\u00a0<\/span><strong><span>sensores de<\/span><\/strong><span>\u00a0flujo de calor o transductores de flujo de calor.\u00a0El tipo m\u00e1s com\u00fan de sensor de flujo de calor es una termopila de temperatura diferencial que opera esencialmente con el mismo principio que el primer m\u00e9todo de medici\u00f3n.\u00a0Un sensor de flujo de calor debe medir la densidad del flujo de calor local en una direcci\u00f3n.\u00a0El resultado se expresa en vatios por metro cuadrado.\u00a0Esta medici\u00f3n tiene la ventaja de que la conductividad t\u00e9rmica no necesita ser un par\u00e1metro conocido.<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights  lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"su-spacer\"><\/div>\n<h2><span>Ejemplo: flujo de calor a trav\u00e9s de una ventana<\/span><\/h2>\n<p><strong><a href=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Example-Heat-Flux-Thermal-Conduction.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignright size-medium wp-image-20047 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Example-Heat-Flux-Thermal-Conduction-300x280.png\" alt=\"Ejemplo - Flujo de calor - Conducci\u00f3n t\u00e9rmica\" width=\"300\" height=\"280\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Example-Heat-Flux-Thermal-Conduction-300x280.png\" \/><\/a><span>P\u00e9rdida de calor a trav\u00e9s de ventanas.<\/span><\/strong><\/p>\n<p><span>Una fuente importante de p\u00e9rdida de calor de una casa es a trav\u00e9s de las ventanas.\u00a0Calcule la tasa de flujo de calor a trav\u00e9s de una ventana de vidrio de 1.5 mx\u00a0<\/span><strong>\u00a0<\/strong><span>1.0 m de \u00e1rea y 3.0 mm de espesor, si las temperaturas en las superficies interna y externa son 14.0 \u00b0 C y 13.0 \u00b0 C, respectivamente.\u00a0Calcule el flujo de calor a trav\u00e9s de esta ventana.<\/span><\/p>\n<p><strong><span>Soluci\u00f3n:<\/span><\/strong><\/p>\n<p><span>En este punto, sabemos las temperaturas en las superficies del material.\u00a0Estas temperaturas tambi\u00e9n est\u00e1n dadas por las condiciones dentro y fuera de la casa.\u00a0En este caso, el calor fluye por conducci\u00f3n a trav\u00e9s del vidrio desde la temperatura interior m\u00e1s alta hasta la temperatura exterior m\u00e1s baja.\u00a0Utilizamos la ecuaci\u00f3n de conducci\u00f3n de calor:<\/span><\/p>\n<p><a href=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Heat-loss-through-window-equation.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"aligncenter size-full wp-image-20027 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Heat-loss-through-window-equation.png\" alt=\"P\u00e9rdida de calor a trav\u00e9s de la ventana - ecuaci\u00f3n\" width=\"259\" height=\"145\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Heat-loss-through-window-equation.png\" \/><\/a><\/p>\n<p><span>Suponemos que la conductividad t\u00e9rmica de un vidrio com\u00fan es k = 0.96 W \/ mK<\/span><\/p>\n<p><span>El flujo de calor ser\u00e1 entonces:<\/span><\/p>\n<p><span>q = 0.96 [W \/ mK] x 1 [K] \/ 3.0 x 10\u00a0<\/span><sup><span>-3<\/span><\/sup><span>\u00a0\u00a0[m] = 320 W \/ m\u00a0<\/span><sup><span>2<\/span><\/sup><\/p>\n<p><span>La p\u00e9rdida total de calor a trav\u00e9s de esta ventana ser\u00e1:<\/span><\/p>\n<p><span>q\u00a0<\/span><sub><span>p\u00e9rdida<\/span><\/sub><span>\u00a0\u00a0= q.\u00a0A = 320 x 1.5 x 1.0 = 480W<\/span><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n<div class=\"lgc-column lgc-grid-parent lgc-grid-100 lgc-tablet-grid-100 lgc-mobile-grid-100 lgc-equal-heights  lgc-first lgc-last\">\n<div class=\"inside-grid-column\">\n<div class=\"su-spacer\"><\/div>\n<h2><span>Flujo de calor cr\u00edtico<\/span><\/h2>\n<p><a href=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Dryout-DNB-min.png\"><img loading=\"lazy\" class=\"alignright size-medium wp-image-14862 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Dryout-DNB-min-225x300.png\" alt=\"Dryout vs. DNB\" width=\"225\" height=\"300\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/Dryout-DNB-min-225x300.png\" \/><\/a><span>Como se escribi\u00f3, en\u00a0<\/span><a title=\"Reactor nuclear\" href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/nuclear-power-plant\/nuclear-reactor\/\"><span>los reactores nucleares<\/span><\/a><span>\u00a0, las limitaciones del\u00a0<\/span><strong><span>flujo de calor local<\/span><\/strong><span>\u00a0son de la mayor importancia para la seguridad del reactor.\u00a0Para los\u00a0<\/span><a title=\"PWR - Reactor de agua a presi\u00f3n\" href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/pwr-pressurized-water-reactor\/\"><span>reactores de agua a presi\u00f3n<\/span><\/a><span>\u00a0y tambi\u00e9n para\u00a0<\/span><a title=\"BWR - Reactor de agua en ebullici\u00f3n\" href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/bwr-boiling-water-reactor\/\"><span>los reactores de agua en ebullici\u00f3n<\/span><\/a><span>\u00a0, existen fen\u00f3menos termohidr\u00e1ulicos, que causan una disminuci\u00f3n repentina en la\u00a0<\/span><strong><span>eficiencia de la transferencia de calor<\/span><\/strong><span>\u00a0(m\u00e1s precisamente en el\u00a0<\/span><strong><span>coeficiente de transferencia de calor<\/span><\/strong><span>\u00a0).\u00a0Estos fen\u00f3menos ocurren a cierto valor del flujo de calor, conocido como el &#8221;\u00a0<\/span><strong><span>flujo de calor cr\u00edtico<\/span><\/strong><span>\u00a0&#8220;.\u00a0Los fen\u00f3menos que causan el deterioro de la transferencia de calor son diferentes para los PWR y para los BWR.<\/span><\/p>\n<p><span>En ambos tipos de reactores, el problema est\u00e1 m\u00e1s o menos asociado con la salida de la ebullici\u00f3n de los nucleados.\u00a0El flujo de calor de ebullici\u00f3n nucleado no se puede aumentar indefinidamente.\u00a0En cierto valor, lo llamamos el &#8221;\u00a0<\/span><strong><span>flujo de calor cr\u00edtico<\/span><\/strong><span>\u00a0&#8221; (\u00a0<\/span><strong><span>CHF<\/span><\/strong><span>\u00a0), el vapor producido puede formar una capa aislante sobre la superficie, que a su vez deteriora el coeficiente de transferencia de calor.\u00a0Inmediatamente despu\u00e9s de alcanzar el flujo de calor cr\u00edtico, la ebullici\u00f3n se vuelve inestable y se produce la ebullici\u00f3n de la pel\u00edcula.\u00a0La transici\u00f3n de ebullici\u00f3n nucleada a ebullici\u00f3n de pel\u00edcula se conoce como la &#8221;\u00a0<\/span><strong><span>crisis de ebullici\u00f3n<\/span><\/strong><span>\u00a0&#8220;.\u00a0Como se escribi\u00f3, los fen\u00f3menos que causan el deterioro de la transferencia de calor son diferentes para los PWR y para los BWR.<\/span><\/p>\n<ul>\n<li><strong><span>Secar.\u00a0<\/span><\/strong><span>En los BWR, este fen\u00f3meno se conoce como el\u00a0<\/span><strong><span>&#8220;secado&#8221;<\/span><\/strong><span>\u00a0y est\u00e1 directamente asociado con\u00a0<\/span><strong><span>cambios en el patr\u00f3n de flujo<\/span><\/strong><span>\u00a0durante la evaporaci\u00f3n en la regi\u00f3n de alta calidad.\u00a0A combinaciones dadas de velocidad de flujo a trav\u00e9s de un canal, presi\u00f3n, calidad de flujo y velocidad de calor lineal, la\u00a0<\/span><strong><span>pel\u00edcula l\u00edquida de<\/span><\/strong><span>\u00a0la pared\u00a0<strong>puede agotarse<\/strong>\u00a0y la pared puede\u00a0<\/span><strong><span>secarse<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0En condiciones normales, la superficie del combustible se enfr\u00eda efectivamente por medio de refrigerante hirviendo.\u00a0Sin embargo, cuando el flujo de calor excede un\u00a0<\/span><strong><span>valor cr\u00edtico<\/span><\/strong><span>\u00a0(CHF &#8211; flujo de calor cr\u00edtico), el patr\u00f3n de flujo puede alcanzar las\u00a0<\/span><strong><span>condiciones de secado<\/span><\/strong><span>\u00a0(desaparece la pel\u00edcula delgada de l\u00edquido).\u00a0La transferencia de calor desde la superficie del combustible al refrigerante se deteriora, con el resultado de un<\/span><strong><span>aumento dr\u00e1sticamente la temperatura de la superficie del combustible<\/span><\/strong><span>\u00a0.\u00a0En la regi\u00f3n de alta calidad, la crisis ocurre con un flujo de calor m\u00e1s bajo.\u00a0Dado que la velocidad de flujo en el n\u00facleo de vapor es alta, la transferencia de calor post-CHF es mucho mejor que para el flujo cr\u00edtico de baja calidad (es decir, para los aumentos de temperatura PWR son m\u00e1s altos y m\u00e1s r\u00e1pidos).<\/span><\/li>\n<li>\n<figure id=\"attachment_329\" class=\"wp-caption alignright\" aria-describedby=\"caption-attachment-329\"><a href=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/DNB_critical_heat_flux.jpg\"><img loading=\"lazy\" class=\"size-medium wp-image-329 lazy-loaded\" src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/DNB_critical_heat_flux-300x225.jpg\" alt=\"flujo de calor cr\u00edtico y DNB (Salida de ebullici\u00f3n de nucleado)\" width=\"300\" height=\"225\" data-lazy-type=\"image\" data-src=\"https:\/\/thermal-engineering.org\/wp-content\/uploads\/2019\/05\/DNB_critical_heat_flux-300x225.jpg\" \/><\/a><figcaption id=\"caption-attachment-329\" class=\"wp-caption-text\"><span>Si el flujo de calor de un sistema de ebullici\u00f3n es m\u00e1s alto que el flujo de calor cr\u00edtico, entonces puede ocurrir DNB (salida de la ebullici\u00f3n nuclear).<\/span><\/figcaption><\/figure>\n<p><strong><span>Salida de Nucleate Boiling.\u00a0<\/span><\/strong><span>En el caso de los\u00a0<\/span><a href=\"https:\/\/www.nuclear-power.com\/pwr-pressurized-water-reactor\/\"><span>PWR<\/span><\/a><span>\u00a0, el problema cr\u00edtico de seguridad se denomina\u00a0<\/span><strong><span>DNB<\/span><\/strong><span>\u00a0(\u00a0<\/span><strong><span>desviaci\u00f3n de la ebullici\u00f3n de nucleados<\/span><\/strong><span>\u00a0), lo que provoca la formaci\u00f3n de una\u00a0<\/span><strong><span>capa de vapor local<\/span><\/strong><span>\u00a0, lo que provoca una reducci\u00f3n dram\u00e1tica en la capacidad de transferencia de calor.\u00a0Este fen\u00f3meno ocurre en la regi\u00f3n subenfriada o de baja calidad.\u00a0El comportamiento de la crisis de ebullici\u00f3n depende de muchas condiciones de flujo (presi\u00f3n, temperatura, velocidad de flujo), pero la crisis de ebullici\u00f3n ocurre a flujos de calor relativamente altos y parece estar asociada con la nube de burbujas, adyacente a la superficie.\u00a0Estas burbujas o pel\u00edculas de vapor reducen la cantidad de agua entrante.\u00a0Dado que este fen\u00f3meno deteriora el coeficiente de transferencia de calor y el flujo de calor permanece, entonces el calor<\/span><strong><span>se acumula<\/span><\/strong><span>\u00a0en la barra de combustible causando\u00a0<\/span><strong><span>un aumento dram\u00e1tico<\/span><\/strong><span>\u00a0del revestimiento y la\u00a0<\/span><strong><span>temperatura del<\/span><\/strong><span>\u00a0combustible\u00a0.\u00a0Simplemente, se requiere una diferencia de temperatura muy alta para transferir el flujo de calor cr\u00edtico que se produce desde la superficie de la barra de combustible al refrigerante del reactor (a trav\u00e9s de la capa de vapor).\u00a0En el caso de los PWR, el flujo cr\u00edtico es el flujo\u00a0<\/span><strong><span>anular invertido<\/span><\/strong><span>\u00a0, mientras que en los BWR, el flujo cr\u00edtico suele ser el flujo anular.\u00a0La figura muestra la diferencia en el r\u00e9gimen de flujo entre el flujo posterior al secado y el flujo posterior al DNB.\u00a0En los\u00a0<\/span><strong><span>PWR<\/span><\/strong><span>\u00a0en\u00a0<\/span><strong><span>funcionamiento normal,<\/span><\/strong><span>\u00a0el flujo se considera monof\u00e1sico.\u00a0Pero se ha realizado una gran cantidad de estudios sobre la naturaleza del\u00a0<\/span><strong><span>flujo<\/span><\/strong><span>\u00a0de\u00a0<strong>dos fases<\/strong>\u00a0en caso de<\/span><strong><span>transitorios y accidentes<\/span><\/strong><span>\u00a0(como el\u00a0<strong>accidente de\u00a0<\/strong><\/span><strong><span>p\u00e9rdida de refrigerante &#8211; LOCA o disparo de RCP<\/span><\/strong><span>\u00a0), que son importantes en la seguridad del reactor y deben demostrarse y declararse en el\u00a0<\/span><strong><span>Informe de An\u00e1lisis de Seguridad<\/span><\/strong><span>\u00a0(SAR).<\/span><\/li>\n<\/ul>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<\/div>\n<p>&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;&#8230;.<\/p>\n<p>Este art\u00edculo se basa en la traducci\u00f3n autom\u00e1tica del art\u00edculo original en ingl\u00e9s. Para m\u00e1s informaci\u00f3n vea el art\u00edculo en ingl\u00e9s. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducci\u00f3n, env\u00edela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducci\u00f3n en l\u00ednea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducci\u00f3n lo antes posible. Gracias.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"<p>La tasa de transferencia de calor por unidad de \u00e1rea normal a la direcci\u00f3n de transferencia de calor se denomina flujo de calor.\u00a0A veces tambi\u00e9n se conoce como densidad de flujo de calor.\u00a0Ingenieria termal Densidad de flujo de calor &#8211; Flujo t\u00e9rmico La\u00a0tasa de transferencia de calor\u00a0por unidad de \u00e1rea normal a la direcci\u00f3n de &#8230; <a title=\"\u00bfQu\u00e9 es la densidad de flujo de calor? 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