CLASE DE TRANSFERENCIA DE CALOR

REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO

SANTIAGO MARIÑOFACULTAD DE INGENIERÍAEXTENSIÓN MARACAIBO

TRANSFERENCIA DE CALOR

Prof. Antonio Moronta

Maracaibo, Febrero de 2011


Es un análisis Termodinámico de un sistema que pasa

por un proceso, es decir, de un estado de equilibrio a otro

M1

T1

Q1

M2

T2

Q2

M1

T12

Q12

M2

T1 > T2


Qconstante

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN


TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

OCURRE CUANDO SE DA LA TRANSFERENCIA DE ENERGIA

DESDE LAS PARTÍCULAS MÁS ENERGÉTICAS DE UNA SUSTANCIA,

HACIA LAS PARTÍCULAS ADYACENTES MENOS ENERGÉTICAS.

SÓLIDO LÍQUIDO GAS

ESTADO


RAZÓN DE LA CONDUCCIÓN DE CALOR A TRAVÉS DEL MEDIO

DEPENDE

CONFIGURACIÓN GEOMETRICA

DE SU ESPESOR

LA NATURALEZA DEL MATERIAL

DIFERENCIA DE TEMPERATURA A TRAVÉS DE ÉL


∆X

Q

T1

T2

AA

Así, la razón de la conducción de calor se expresa como:

Qcond = k x A x (T1 – T2) / ∆X = - k x A x ∆T / ∆X

En el caso limite de ∆X → 0 la ecuación se reduce a:

Qcond = - k x A x dT / dX


EjercicioEl techo de una casa calentada eléctricamente tiene 6 m de largo, 8 m de ancho y 0.25 m de espesor, esta hecha de una capa plana de concreto, cuya conductividad térmica es k = 0.8 W / m x ºC. Las temperaturas de las superficies interior y exterior se mide como de 15ºC y 4ºC, respectivamente. Determine la razón de la pérdida de calor a través del techo de esa noche.

Datos:Largo = 6 mAncho = 8 mEspesor = 0.25 mk = 0.8 W / m x ºCT1 = 15ºCT2 = 4ºCQ = ?

Ecuación:Q = k x A x (T1 – T2) / ∆X

Solución:Q = 0.8 W / m x ºC x 48 m2 x (15 – 4)ºC / 0.25 mQ = 1690 W = 1.69 kW


TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN

Es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y

un líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los

efectos combinados de la conducción y el movimiento de los fluidos.


La convección puede ser:

Forzada: si el fluido es obligado a fluir sobre la superficie mediante medios externos, como un ventilador, bomba o viento.

Natural: si el movimiento del fluido es causado por las fuerzas de empuje que son indicadas por las diferencias de densidad, debido a la variación de la temperatura de ese fluido

HUEVO CALIENTE

HUEVO CALIENTE


La razón de la transferencia de calor por convección, se denota como:

Qconv = h x As x (Ts – T∞)

h = coeficiente de transferencia de calor (W / m2 x ºC o BTU / h x ft2 x ºF)

As = área superficial

Ts = temperatura de superficie

T∞= temperatura del fluido suficientemente alejado de esta superficie


EjercicioUn alambre eléctrico de 2 m de largo y 0.3 cm de diámetro, se extiende a través de un cuarto a15ºC. Se genera calor en el alambre, como resultado de un calentamiento por resistencia y se mide la temperatura de la superficie de ese alambre como 152ºC en operación estacionaria. Así mismo se mide la caída de tensión y la corriente eléctrica que pasa por el alambre, resultando ser de 60 vol y 1.5 A, respectivamente. Determine el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie exterior del alambre y el aire que se encuentra en el cuarto.

Datos:Largo = 2 mDiámetro = 0.3 cmT∞ = 15ºCTs = 152ºCV = 60 volI = 1.5 AQ = ?h = ?

Qconv = h x As x (Ts – T∞)

Qconv = Egenerado = V x I = (60 vol x 1.5 A) = 90 W

As = π x D x L = π x 0.003 m x 2 m = 0.01885 m2

h = Qconv / As x (Ts – T∞)

h = 90 W / 0.01885 m2 x (152ºC – 15ºC) = 34.9 W / m2 x ºC


Es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas o

fotones, como resultado de los cambios de las configuraciones electrónicas de los

átomos y moléculas.

TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

Consideraciones

No requiere de un medio interventor como en la conducción y la convección.

La transferencia de calor por radiación es la más rápida (a la velocidad de la

luz) y no sufre atenuación en el vacío.

En estudios de transferencia de calor, es de interés la radiación térmica.

Todos los cuerpos con temperatura superior a 0 ºK, emiten radiación térmica.


La razón máxima radiada por un cuerpo es proporcional al área y depende de las

características del cuerpo y de su temperatura absoluta. Esto viene dado por la ley

de Stefan - Boltzmann.

Qrad = ε x σ x As x T4

σ es la constante universal llamada constante de Stefan - Boltzmann, y equivale a

5.67 x 10-8 W / m2 x K4 y ε es la emisividad, que caracteriza las propiedades de

emisión de una superficie y depende del material. Es un número adimensional que

puede valer entre 0 y 1.


Cuando la superficie de emisividad (ε) y el área superficial (As) a una

temperatura termodinámica (Ts), esta encerrada en una superficie más grande a

una temperatura termodinámica Talred y separada por un gas, como el aire, que no

interfiere con la radiación, la razón neta por transferencia de calor, esta dad por:

Qrad = ε x σ x As x (Ts 4 – Talred

4)


Ejercicio Considere a una persona que esta parada en un cuarto con brisa a 20ºC, determine la razón de transferencia de calor por radiación, si el área superficial expuesta y la temperatura promedio de la superficie exterior de ella son 1.6 m2 y 29ºC respectivamente.

Datos:ε = 0.95σ= 5.67 x 10-8 W / m2 x K4 As = 1.6 m2 Ts = 29 + 273.15Talred = 20 + 273.15

Ecuación:Qrad = ε x σ x As x (Ts

4 – Talred4)

Solución:Q = 0.95 x 5.67 x 10-8 W / m2 x K4 x 1.6 m2 x [(29 + 273.15) – (20 + 273.15)] = 81.7W


RESUMEN


MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS

POR SU ATENCIÓN POR SU ATENCIÓN

Documents

CLASE DE TRANSFERENCIA DE CALOR