Transferencia de CalorAsignación 1

Ana Cristina López6-715-892Ingeniería Electromecánica

a) Que es calor?El calor es una cantidad de energía y es una expresión del movimiento de las moléculas que componen un cuerpo. Cuando el calor entra en un cuerpo se poseen algo de calor porque sus átomos se están moviendo. El calor es lo que hace que la temperatura aumente o disminuya. Si añadimos calor, la temperatura aumenta. Si quitamos calor, la temperatura disminuye.

b) Que es un gradiente de temperatura?El gradiente de temperatura viene siendo la variación de temperatura en una determinada longitud.

c) Que es Energía Interna (U), Trabajo de Flujo (PV) y Entalpia (H)?i. La energía interna se define como la energía asociada con el movimiento

aleatorio y desordenado de las moléculas. Está en una escala separada de la energía macroscópica ordenada, que se asocia con los objetos en movimiento.

ii. El trabajo de flujo es el trabajo necesario para hacer que un fluido circule a través de una máquina. El trabajo de flujo es una función de estado (sólo depende del estado en que se encuentre el sistema y no depende del proceso seguido para llegar a ese estado).

iii. La entalpía es la variación de energía calorífica en la reacción de formación de un mol de un compuesto a partir de sus elementos en sus fases estándar en condiciones de presión y temperatura estándar ambientales.

d) Que es calor sensible y calor latente?i. Calor sensible es la cantidad de calor que absorbe o libera un cuerpo sin

que en el ocurran cambios en su estado físico (cambio de fase). Cuando a un cuerpo se le suministra calor sensible en este aumenta la temperatura.

ii. Calor latente es cuando un líquido pasa al estado gaseoso, toma calor latente; cuando un gas se condensa y pasa al estado líquido, cede calor latente. Durante esos procesos la temperatura no experimentará cambio alguno.

e) Que es calor especifico?

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado Celsius. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la forma que se muestra abajo, donde c es el calor específico.

f) Para un gas ideal, ¿qué constante relaciona al calor específico a presión constante con el calor específico a volumen constante?

R es la constante de los gases ideales expresada en unidades de energía: R = 8,314 J/mol-K R = 1,989 cal/mol-K

g) Exprese el cambio diferencial de energía interna específica en términos de: el calor específico y el cambio diferencial de temperatura para un gas ideal.

i. Calor Especifico:U=C vn∆T

ii. Gas Ideal

U=32NkT

h) Exprese el cambio diferencial de entalpia específica en términos de: el calor específico y el cambio diferencial de temperatura para un gas ideal.

h2−h1=CP (T 2−T 1)

i) Exprese el cambio finito de energía interna específica en términos de: el calor específico y el cambio finito de temperatura para un fluido incompresible.

∫ du=∫CV dT ou2−u1=∫CV dT

j) A que se le llama flujo de calor?El flujo de calor es una transferencia de energía que se lleva a cabo como consecuencia de las diferencias de temperatura.

k) Que es el principio de conservación de energía? Exprese matemáticamente su forma más general.

El Principio de conservación de la energía indica que la energía no se crea ni se destruye; sólo se transforma de unas formas en otras. En estas transformaciones, la energía total permanece constante; es decir, la energía total es la misma antes y después de cada transformación.

ET=Ec+EP

l) Defina los siguientes términos: Estacionario Uniforme

i. Estacionario: Es cuando las características del mismo no varían con el tiempo. El estado estacionario también se conoce como el estado en el que está la naturaleza (estado en el que se encuentra).

ii. Uniforme: Es cuando no hay cambio con respecto a la posición en una región especificada.

m)Que entiende usted por flujo unidimensional y por flujo multidimensional?

i. Flujo unidimensional: Es un flujo en el que el vector de calor sólo depende de una variable espacial, es decir que se desprecian los cambios de calor transversales a la dirección principal del escurrimiento.

ii. Flujo multidimensional: a diferencia del unidimensional, el flujo multidimensional incorpora el efecto combinado de dos o más dimensiones.

n) Exprese el balance de energía en una superficie.Rn=H+ LV E+G+ΔQC+ΔQA

Rn = Radiación neta

H = Densidad del flujo de calor sensibleE = EvaporaciónLV = Calor especifico de vaporizaciónG = Densidad de flujo de calor en el sueloΔQC = Calor almacenado en el espesorΔQA = Variación de calor dada por la advección horizontal

o) Cuáles son los tres modos o mecanismos de transferencia de calor?

i. Conducciónii. Conveccióniii. Radiación

p) ¿Qué es la conducción? ¿De qué depende la rapidez o razón de conducción de calor a través de un medio? ¿Qué es la conductividad térmica?

i. La conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que está en contacto con el primero.

ii. Su rapidez depende de la estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos de vibración de sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).

iii. La conductividad térmica es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir la energía cinética de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que no está en contacto.

q) Exprese la Ley de Fourier de la conducción del calor.

dQsdt

=∫s

q .dS=−k∫s

∇T .dS

r) ¿Qué representa la difusividad térmica?La Difusividad térmica representa el valor obtenido de la conductividad térmica de un cierto material dividida entre el producto del valor de su densidad y la capacidad calorífica específica del mismo. Es un índice que expresa la velocidad de cambio, y flujo de temperaturas, en un material hasta que alcanza el equilibrio térmico.

s) ¿Qué es la convección? Y ¿Cuál es la diferencia entre la convección forzada y natural?La convección se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. Esta se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido.

t) Exprese la Ley de Newton del enfriamiento.Es cuando la diferencia de temperaturas entre un cuerpo y su medio ambiente no es demasiado grande y el calor transferido en la unidad de tiempo hacia el cuerpo o desde el cuerpo por conducción, convección y radiación es aproximadamente proporcional a la diferencia de temperatura entre el cuerpo y el medio externo.

T (t )=T m+(To−Tm)e−r t

u) ¿Qué es la radiación? Y ¿Qué es la radiación térmica?i. El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía

en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

ii. Es radiación emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada.

v) Exprese por medio de la Ley de Stefan-Boltzmann, la razón máxima de la radiación que puede emitir desde un cuerpo.

E=σ .Te4

w) Defina: Cuerpo negro Emisividad Absortividad

i. Cuerpo negro: Objeto teórico o ideal que absorbe toda la luz y toda la energía radiante que incide sobre él. Nada de la radiación incidente se

refleja o pasa a través del cuerpo negro. A pesar de su nombre, el cuerpo negro emite luz y constituye un sistema físico idealizado para el estudio de la emisión de radiación electromagnética.

ii. Emisividad: Es la proporción de radiación térmica emitida por una superficie u objeto debida a una diferencia de temperatura con su entorno. La emisividad direccional espectral se define como la razón entre la intensidad emitida por la superficie en una dirección particular y la intensidad que sería emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura y longitud de onda.

iii. Absortividad: Medida de la cantidad de luz absorbida por una disolución, definida como la unidad de absorbancia por unidad de concentración por unidad de longitud de la trayectoria de luz.

x) Exprese la radiación emitida por una superficie real.˙Qemitida=∈σ A sT s

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