Diapositivas Para SI

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1 TRANSMISIÓN DEL CALOR CONDUCCIÓN CONVECCIÓN RADIACIÓN D E T R A N S P O R T E F E N O M E N O

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TRANSMISIÓN DEL CALOR

• CONDUCCIÓN• CONVECCIÓN• RADIACIÓN

DE TRANSPORTE

FENOMENO

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Conductividad calorifica

Se ha visto que los diferentes materiales almacenan calor en forma diferente y se ha

definido la propiedad de calor especifico Cp como una medida de la capacidad de un material

para almacenar energía térmica por ejemplo Cp=4.18KJ/KgºC para el agua ,y

Cp=0.45KJ/KgºC para el hierro a la temperatura ambiente,

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Conductividad calorífica

• indica que el agua puede almacenar casi 10veces mas energía que el hierro por unidad de masa del mismo modo ,

la conductividad térmica k es una medida d e capacidad de un material para conducir el calor por ejemplo k=0.607W/cm para el agua y K=80.2W/cm para

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Concepto de flujo

Una magnitud física...A

Carácter vectorial...Una superficie...

S

Flujo de A a través de la superficieS

A

SA

cos SA CANTIDADESCALAR

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Sentido físico de distintos tipos de flujo

Transporte de partículas: El flujo es el número de partículas transportadas por unidad de tiempo

volumenunidad

partículasnumero

n

v

x

t N Número de partículas queatraviesan la superficie enel intervalo t

S

N = nSx

x = vt

N = nSvt

vSntN 3

m

partículasnumero

s

m2ms

partículasnumero

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Flujo de calor

Energía que atraviesa una superficie por unidad de tiempo Potencia

http://ps1.eis.uva.es/java/carinuri/pagshtml/dcha_ter.htm#FlucalUnidades relacionadas con calor

EnergíaTiempo

Potencia =watios

Densidad de flujo

Potencia que atraviesa una superficie por unidad de tiempo y unidad de área A

PotenciaÁrea

Watios/m2

dx

dTkAQ

dxdT

kAQ

x)(xTT

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Mecanismos de transmisón de calor

Conducción: transferencia de energía desde cada porción de materia a la materia adyacente por contacto directo, sin intercambio, mezcla o flujo de cualquier material.

Convección: transferencia de energía mediante la mezcla íntima de distintas partes del material: se produce mezclado e intercambio de materia.

Convección natural: el origen del mezclado es la diferencia de densidades que acarrea una diferencia de temperatura.

Convección forzada: la causa del mezclado es un agitador mecánico o una diferencia de presión (ventiladores, compresores...) impuesta externamente.

Radiación: transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.

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http://www.gcsescience.com/pen5.htm

La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos opacos.

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura debido al contacto directo entre moléculas.

CONDUCCIÓN

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http://www.jhu.edu/~virtlab/conduct/conduct.htmExperimento virtual de conducción del calor

Conducción Ley de Fourier: determinación del flujo de calor

dx

dTkAQx

(Estado estacionario)

Calor difundido por unidad de tiempo

Conductividad térmica (W·m-1·grado -1): calor que atraviesa en la dirección x un espesor de 1 m del material como consecuencia de una diferencia de 1 grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2): superficie a través de la cual tiene lugar la transmisión de calor

Gradiente de temperatura (grados/m): variación de la temperatura en la dirección indicada por x.

X

xQ

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Conductividades térmicas de algunos materialesa temperatura ambiente

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadtérmica cambia conel estado de agregación

... pero la capacidad de transporte de calor no depende sólo de la conducción

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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html

Conductividad térmica

Área A

Espesor

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1:CONDUCCIÓN DEL CALOR (Placa plana)

t

QQ

Integración de la ecuación de Fourier

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Cálculo del flujo de calor a través del tabique de una habitación, de 34 cm de espesor, siendo las temperaturas interior y exterior de 22 ºC y 5 ºC respectivamente. Tómese como valor de la conductividad k = 0.25 W·m-1·K -1.

15034.0

522

mKxx

TT

dxdT

fueradentro

fueradentro

25.125025.0 mWdxdT

kSQ

Gradiente de temperaturas

Densidad de flujoTfuera

xdentro

xfuera

Gradiente de temperaturas constante la temperatura varía linealmente

Gradiente de temperaturas constante densidad de flujo constante

0.34 m

dx

dT

S

Qx

Tdentro

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Resistencias térmicas

Cuando el calor se transfiere a través de una pared aparece una resistencia a la conducción

xTT

kAQ 12

x

T1T2 kx

TT

/12

Conductividad

RTT 12

RT

Resistencia térmica en W-1·m2·K

Similitud con circuitos eléctricos

R

I

0V R

VI 0

R

T

A

Q

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Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficie fría, el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende de las propiedades del fluido y si se mueve por convección natural, por flujo laminar o por flujo turbulento.

Convección

Convección natural Flujo laminar Flujo turbulento

Convección forzada

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CONVECCIÓN

• La convección es un fenómeno de transporte (materia y energía) que tiene su origen en diferencias de densidad.

• Cuando un fluido se calienta, se expande; en consecuencia su densidad disminuye.

• Si una capa de material más fría y más densa se encuentra encima del material caliente, entonces el material caliente asciende a través del material frío hasta la superficie.

• El material ascendente disipará su energía en el entorno, se enfriará y su densidad aumentará, con lo cual se hundirá reiniciando el proceso.

http://www.sunblock99.org.uk/sb99/people/KGalsgaa/convect.html

http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node76.html

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Ley de enfriamiento de Newton

ThATThAQ )(

Temperatura superficial Temperatura del fluido libre

Coeficiente deconvección

Superficie deintercambio

T superficial

T fluido libre

Capa límite T

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Valores típicos del coeficiente de convección

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http://orpheus.nascom.nasa.gov/~kucera/explore/lessons/convection.html

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