Superficie de intercambio

Una superficie de intercambio califica una superficie que es el asiento de una transferencia de materia aleatoria dentro de un grupo fisiológico común a una fuerza de rotación térmica o de energía neutra que intercambia ondas magnéticas. Ella puede ser :

una pared permeable que permite la transferencia de material;
una pared sellada que permite la transferencia térmica.

Pared permeable que permite la transferencia de material

Esta pared puede ser muy delgada, simple o invaginada. Es el asiento de los fenómenos de ósmosis pero también puede contar en los intercambios térmicos del organismo con el medio ambiente.

Pared sellada que asegura la transferencia térmica

Esta pared permite o es el asiento de una transferencia de calor significativa entre dos fluidos , uno de los cuales está más caliente que el otro. Esta transferencia se produce por convección entre el fluido caliente o frío y la pared sólida y por conducción a través de esta última. La superficie específica de la pared puede ser simple y plana o grande por pliegues o ramificaciones. El material se ve obligado a viajar sobre su superficie, de modo que el flujo de calor transferido sea máximo.

Superficie plana

Las definiciones que siguen describen una transferencia de calor a través de una pared (una pared por ejemplo) homogénea e isótropa, de superficie , de espesor y de conductividad térmica constante, separando dos medios fluidos en movimiento. El calor se transfiere entre el medio caliente de temperatura y el medio frío de temperatura , a través de la pared. Se supone que estas temperaturas y los coeficientes de convección térmica y de fluido son constantes y uniformes con respecto a las superficies de contacto. $S$ $mi$ ${\ lambda}$ ${\ Displaystyle T_ {c}}$ $T _ {{f}}$ ${\ Displaystyle h_ {c}}$ ${\ Displaystyle h_ {f}}$

La convección en el fluido caliente se rige por un coeficiente de convección térmica (en vatios por metro cuadrado-kelvin ) que permite definir una resistencia térmica de convección , en kelvin por vatio . ${\ displaystyle {hc}}$ ${\ Displaystyle R_ {cv} = {\ frac {1} {h_ {c} .S}}}$
La convección en el fluido frío se rige por un coeficiente de convección térmica (en vatios por metro cuadrado-kelvin) que permite definir una resistencia térmica de convección , en kelvin por vatio. ${\ displaystyle {hf}}$ ${\ Displaystyle R_ {cv} = {\ frac {1} {h_ {f} .S}}}$
La conducción a través de la pared sólida gruesa se rige por la conductividad térmica (en vatios por kelvin-metro ) que ayuda a definir una resistencia térmica de conducción , en kelvin por vatio. $mi$ $\ lambda$ ${\ Displaystyle R_ {co} = {\ frac {e} {\ lambda .S}}}$

El flujo de calor a través de una superficie de intercambio, expresado en vatios , se obtiene mediante la fórmula: ${\ Phi}$

${\ Displaystyle {\ Phi} = {\ frac {T_ {c} -T_ {f}} {{\ frac {1} {hc.S}} + {\ frac {1} {hf.S}} + { \ frac {e} {\ lambda .S}}}}}$

En la práctica, las superficies de intercambio a ambos lados de la pared no son idénticas. Por tanto, es necesario introducir en la fórmula dos superficies y . Asimismo, las paredes de intercambio de metales en los intercambiadores de calor, por ejemplo, están cubiertas con una película de incrustaciones compuesta por depósitos de incrustaciones y suciedad que tienen una conductividad térmica baja en comparación con la del metal y, por lo tanto, constituyen resistencias térmicas adicionales opuestas al intercambio. Se determinaron las resistencias a la contaminación para los distintos fluidos. ${\ Displaystyle Sc}$ ${\ Displaystyle Sf}$

Superficie cilíndrica

Superficie esférica

Superficies de intercambio

Superficie específica

El área de superficie específica se refiere al área de superficie real de un objeto en oposición a su superficie aparente. Al aumentar la superficie específica utilizando varios dispositivos, también se aumenta la superficie de intercambio.

En los organismos vivos, hablamos de poros, pelos, alvéolos, vellosidades y microvellosidades, invaginación.
En intercambiadores de calor, hablamos de aletas o tubos.

Ejemplos de superficie de intercambio en biología.

La piel como superficie de intercambio es el asiento de varios mecanismos de transferencia. La secreción de sudor interviene en la regulación de la temperatura corporal. Aumenta con la temperatura y causa enfriamiento a través de la evaporación de su superficie. La respiración cutánea suele completar la respiración pulmonar o branquial. La piel con su vellosidad también actúa como superficie de intercambio de calor.
En los pulmones, el árbol bronquial y sus alvéolos , como las branquias , tienen una extensa superficie de intercambio cuya función es el intercambio de gases vitales.
Las vellosidades y microvellosidades del sistema digestivo aumentan su superficie de intercambio, permitiendo el paso de nutrientes al sistema circulatorio .
Los pelos radicales de las raíces de las plantas constituyen una superficie de intercambio considerable entre la planta y el suelo.
En general, las paredes celulares de las plantas, las paredes bacterianas , son el asiento de ciertos mecanismos de filtrado y osmorregulación en el origen de la turgencia .

Ejemplos de superficie de intercambio de calor

La piel de los organismos vivos homeotérmicos es una superficie de intercambio de calor con el entorno externo. La conformación de ciertos órganos o la vellosidad permite realizar la termólisis (el pelo de los elefantes), es decir la disipación del exceso de calor o ciertas capas adicionales de baja conductividad térmica , las plumas o el pelaje, l ' aislamiento térmico .
Los pingüinos emperador que no conocen ninguna noción de territorios se agrupan en una tortuga , por analogía con la formación de los legionarios romanos. Este “comportamiento social regulatorio” les permite reducir su superficie de intercambio y bajar su nivel de gasto energético. Acurrucarse o acurrucarse permite que un animal reduzca su superficie de intercambio de calor frente al frío. Separar los brazos agitándolos aumenta la superficie de intercambio de calor y promueve la disipación del calor.
Los pulmones también constituyen una superficie de intercambio y cuentan mucho en los intercambios térmicos de un animal o un ser humano con el entorno en el que se encuentra.
Un intercambiador de calor es un dispositivo que permite el flujo de un fluido caliente, para ceder su calor al flujo de un fluido frío sin que los fluidos se mezclen, lo que se realiza a través de la superficie del intercambiador de calor . Los radiadores , la caldera , la torre de refrigeración , los disipadores de calor , los condensadores funcionan sobre la base de una superficie de intercambio más grande posible con o sin sistema de ventilación o soplado.
En la construcción de ingeniería térmica , muros como secciones de techo, etc. , agrupados bajo el término muros , constituyen la envolvente del edificio y su superficie de intercambio con el entorno exterior. El aislamiento térmico sirve para reducir el flujo de calor a través de sus paredes.

Por extensión, la interfaz

Ver también

Notas y referencias

Ana-Maria Bianchi, Yves Fautrelle, Jacqueline Etay. Transferencias térmicas. Prensas politécnicas PPUR, 2004. Consultar online
Intercambiadores de calor. E Rouland. Universidad de Rouen. Consultar online
Edouard Bard, Ofer Bar-Yosef. Hombre frente al clima: Simposio anual. Odile Jacob, 2006. Consultar en línea