UNIDAD II: Fundamentos de Transferencia de calor.

OBJETIVOS

Aplicar los conceptos Bsicos de los mecanismos de transferencia de calor.

Promover el orden, la disciplina y el respeto entre los compaeros de clases.

Contenidos

Mecanismos de Transferencia de calor

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Qu es transferencia de calor?

Es un proceso dinmico durante el cual se transmite calor desde una sustancia caliente a otra ms fra.

Es el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores, tratados de manera independiente.

Cules son los mecanismos de transferencia de calor?Conduccin.Conveccin.Radiacin.

Explique como ocurre la transferencia de calor por conduccin:Esta ocurre a travs de una material fijo. Flujo de calor circula a travs de medios slidos por la vibracin interna de las molculas y de los electrones libres y por choques entre ellas.

Los metales son los mejores conductores trmicos; mientras que los materiales no metlicos son conductores trmicos imperfectos.

Lo que ocurre en realidad es que las molculas con unavelocidad ms alta chocan con las molculas menos excitadas ytransfieren parte de su energa a las molculas con menosenerga en las regiones ms fras del sistema. Las molculas queabsorben el excedente de energa tambin adquirirn una mayorvelocidad vibratoria y generarn ms calor (energa potencialabsorbe calor- energa cintica -emite calor). (Nahle, 2006)

Qu es conductividad trmica?La conductancia es la cantidad de calor que pasara por unidad de tiempo, a travs de una unidad de rea de un material de espesor dado, sometido a la unidad de diferencia de temperatura.Esta se puede determinar por medio de la ecuacin : C = k/x

Cuando esta (C) se reporta por una cantidad de material de un grueso con una rea de flujo de un pie2, la unidad de tiempo 1h y la diferencia de temperatura de 1 oF, se llama conductividad trmica k.

C = k A/x: A rea x: Grueso del material K: conductividad trmica

Conductividad trmicaMaterial K (W/m K) Material K (W/m K)Diamante 1000 Plata 406.0Cobre 385.0 Oro 314Aluminio 205.0 Hierro 7 9.5Plomo 34.7 Mercurio 8.3Hielo 1.6 Agua a 20C 0.6Fibra de vid. 0.04 Ladrillo (aisl.) 0.15Ladrillo 0.6 Corcho 0.04Poliestireno 0.033 Poliuretano 0.02Madera 0.12-0.04 Aire a 0C 0.024Helio (20C) 0.138 Hidrgeno (20C) 0.172Nitrgeno(20C) 0.0234 Oxgeno (20C) 0.0238

Tomado de Young, Hugh D., University Physics, 7th Ed. Table 15-5 y del CRC Handbookof Chemistry and Physics.Tema I Fsica 1er curso CCAA http://www.uhu.es/gem/docencia/fisica-ccaa/ p. 19

Como influye la temperatura y la presin en la conductividad trmica?La conductividad trmica de los slidos es mayor que la de los lquidos, la que a su vez es mayor que la de gases.La K para muchos lquidos decrece con el aumento de la temperatura.La K para muchos gases y vapores aumenta con el aumento de la temperatura

En cuanto a la presin: la influencia de la presin en slidos y lquidos es depreciable.La influencia de la presin en gases es pequea, excepto a vacios muy bajos.

Explique como ocurre la transferencia de calor por conveccin:Es la transferencia de calor entre partes relativamente calientes y fras de un fluido por medio de mezclas.Esta se debe al movimiento del fluido. El fluido frio adyacente a superficies calientes recibe calor que luego se transfiere al resto del fluido frio mezclndose con el.

conveccin

Es el desplazamiento de masas de algn lquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus molculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa.

Cuando llega a ser menos denso se desplazar hacia arriba u horizontalmente hacia una regin fra, mientras que las masas menos calientes, pero ms densas, del fluido descendern o se movern en un sentido opuesto al del movimiento de la masa ms caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen ms caliente).Mediante este mecanismo los volmenes ms calientes transfieren calor a los volmenes menos calientes de ese fluido (un lquido o un gas).

Explique como ocurre la transferencia de calor por radiacin:Involucra la transferencia de energa radiante desde una fuente a un recibidor.

Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnticas. No se requiere de un medio para su propagacin. La energa irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transicin.

Enumere las aplicaciones de la transferencia de calor en los procesos agroindustriales. Explique al menos uno

Conduccin a travs de una lamina.

q = k A (t1 t2)/xPara calcular la velocidad de Tc a travs de una pared uniforme

Una lamina de hierro de 30 cm de espesor tiene una cara a -15 oC y la otra a 30 oC Cul es la velocidad de transferencia de calor a travs de 0,2 m2? Considere que la conductividad trmica es la media para este material.

BibliografaEarle, R. (sa). Ingeniera de los Alimentos. Zaragoza: Acribia.Geankopolis, C. J. (1993). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. Mxico: CECSA.Kern, D. (2006). Procesos de Transferencia de Calor. Mxico: Continental.McCabe, W. L. (2002). Operaciones Unitarias en Ingeniera Qumica. Mxico: Mc Graw Hill.

Nahle, N. (2006). biocab.org. Recuperado el 26 de Marzo de 2009, de biocab.org: http:www.biocab.org/Transferencia_Calor.html.