Transferencia de calorTransferencia de calorINTRODUCCION Y CONCEPTOS

BASICOSBASICOS parte 2

Energia interna y Entalpia

En el analisis de sistemasque involucren flujo de fluidos, se encuentra la conbinacion de laspropiedades u y P*v.

La combinacion es definidacomo entalpia (h = u + P*v).

el termino P*v representa elel termino P v representa el flujo de energia del fluido(tambien llamado flujo de trabajo).j )

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Calor especifico de gases, liquidos y solidosCa o espec co de gases, qu dos y so dos

Calor especifico : La energia requerida para elevar la temperatura de una unidad p pde masa de una sustancia un grado.

Dos tipos de calores especificos :

9 Calor especifico a volumen constanteCalor especifico a volumen constante cv

9 Calor especifico a presion constante cp Los calores especificos de una sustancia Los calores especificos de una sustancia,

en general, dependen de dos propiedades independientes tales presion y la temperatura

En condiciones de gas ideal el calor especifico solo depende de la temnperatura

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S b t i I ibl U Substancia Incompresible : Una sustancia cuya densidad no cambia con la presion y la temperatura

Cp y Cv son identicos pra sustancias Cp y Cv son identicos pra sustancias incompresibles

La energia, en este caso, solo es funcion de la temperaturafuncion de la temperatura

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Transferencia de EnergiaEnergia puede ser transferida hacia o desde unEnergia puede ser transferida hacia o desde un sistema a traves de dos mecanismos

calor y trabajoRazn de transferencia de calor:La cantidad de

donde es constante:

Razn de transferencia de calor:La cantidad de calor transferida por unidad de tiempoFlujo de calor: La razn de transferencia de calor por unidad de rea en la direccin del flujo de calor j

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PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA

La primera ley de la termodinamica establece que la energia no se crea ni se destruye solo se transforma

El cambio neto ( incremento o disminucion) en la energia total de un sistema durante un proceso es igual a la diferenciaproceso es igual a la diferencia entre la energia total de entrada y la energia total de salida.

En forma de razones la primera ley es asi.

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Estado estable

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Balance de energia para sistemas cerrados (Masa fija)

Un sistema de masa fija es un sistemacerrado

La energia total para estos sistemas es laLa energia total para estos sistemas es la energia Interna U. (Kj/Kg)

Esto es especialmente el caso parasistema estacionario desde que no qenvuelven cambios en la velocidad ni la elevacion

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Balance de energia para sistemas de flujo p jestableUn gran numero de equipos de ingenieria tales como calentadores del agua y radiadores de auto. Involucra flujo de masa por la frontera y se modelan como Volumenes de control . La mayor parte de los volumenes de control sonLa mayor parte de los volumenes de control son analizados en estado estableEl termino Estable significa que no hay cambiocon el tiempo en un punto.Flujo masico: : La cantidad de masa que fluyepor una seccion por unidad de tiempoCaudal: El volumen de un fluido que circula porun ducto por unidad de tiempo.un ducto por unidad de tiempo.

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Balance de Energia de superficie

Una superficie no contiene masa asi que no tiene energia. Una superficie es un sistema ficticio donde la energiaun sistema ficticio donde la energia permanece constante durante el proceso.

Esta relacion es valida para condiciones t bl t i t idestables y transientes y no considera

generacion debido a que una superficie no tiene volumen.

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MECANISMOS DE TRANSFERECIA DE CALORCALOR

Calor aes la forma de energia que puede ser transferido desde un sistema a otro como resultado de una diferencia de temperatura

Un analisis termodinamico esta relacionado con la CANTIDAD de Un analisis termodinamico esta relacionado con la CANTIDAD de calor que un sistema transfiere en un proceso desde un estado de equilibrio hasta otro estado de equilibrio.

La ciencia que trata con la determinacion de las razones de La ciencia que trata con la determinacion de las razones de transferencia de energia es la TRANSFERENCIA DE CALOR.

La transferencia de energia como calor es siempre de un medio de alta temperatura a un medio de baja temperatura y se detiene laalta temperatura a un medio de baja temperatura y se detiene la transferencia de calor se detiene cuando los medios alcanzan la misma temperatura..El calor puede ser transferido de 3 modos basicos El calor puede ser transferido de 3 modos basicos9 conduccion9 conveccion

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9 radiacion Todos los modos de transferencia de calor requieren una diferencia

de temperatura.

CONDUCCION

Conduccion: La transferencia de energia desde las gparticulas mas energeticas de una sustancia a las adjacentes menos energeticas producto de las interacciones entre las particulas

La razon de la conduccion a traves de una placa plana es proporcional a la diferencia de temperatura a lo largo de la pared y el area de transferencia peroa lo largo de la pared y el area de transferencia pero inversamente proporcional al espesor de la placa

Conduccion a traves de una placa de

espesor x y area A.

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cuando x 0Ecuacion de Fourier de conduccion

Conductividad termica, k: Una medida de la habilidad de un material de un material para conducir el calorGradiente deTemperatura dT/dx: La pendiente deGradiente deTemperatura dT/dx: La pendiente de la curva de temperatura T-xEl calor es conducido en la direccion de la temperatura decreciente y el gradiente detemperatura decreciente, y el gradiente de temperatura decrese con el incremento de x. El signo negativo en la ecuacion asegura que el calor es positivo en direccion del incremento de x

En el analisis de d i A

La razon de conduccion es directamente proporcional a

conduccion A representa el area

normal a la direccion de la transferencia de

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directamente proporcional a la conductividad.calor.

El rango de la conductividadconductividad termica de varios materiales a temperatura ambiente

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CONVECCIONConveccion: Es el modo de transferencia de energia entre una superficie solida y el liquido adjacente o gas en movimiento. Involucra el efecto combinado de

d i i i tconduccion y movimiento de fluido.. A medida que sea mayor la velocidad del fluido mayor sera la transferencia de calor por conveccion

Transferencia de calor desde una superficie caliente al aire por

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conveccion.

Conveccion forzada:cuando el fluido escuando el fluido es forzado a fluir sobre la superficie por medio de medios externos, unmedios externos, un ventilador, una bomba o viento

Conveccion natural oConveccion natural o libre : cuando el movimiento del fluido es causado por movimiento Enfriamiento de un huevo por causado por movimiento debido a la diferencia de densidad

conveccion forzada y conveccion natural

El proceso de transferencia de calor que invuelve un cambio de fase tambien se considera como conveccion ( Ebullicion y condensacion)

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Ley de Newton de Enfriamiento

h fi i t d t f i d l i W/ 2 Ch coeficiente de transferencia de calor por conveccion, W/m2 C As Superficie a traves de la cual ocurre la conveccionTs Temperatura superficialT Temperatura del fluido lo suficientemente lejos de la superficie p j p

El coeficiente de transferencia de calor por conveccion h no es propiedad del fluidoSe debe determinar experimentalmente y depende de las siguientes variablesg

- Geometria de la superficieNaturaleza del movimiento del- Naturaleza del movimiento del

fluido- propiedades del fluido

Velocidad promedio del fl ido

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- Velocidad promedio del fluido

RADIACION Radiacion: La energia emitida por la materia en forma de ondas

electromagneticas (o fotones) como resultado de cambios en la configuracion electronica de los atomos.

A diferencia de la conduccion y la conveccion, la transferencia de calorpor radiacion no requiere la presencia de un medio intervinientepor radiacion no requiere la presencia de un medio interviniente

Todos los cuerpos a la temperatura por encima del cero absoluto (0 K) emiten radiacion termica

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Ley de StefanBoltzmannCuerpo negro : Cuerpo idealizado que emite la maxima radiacion

= 5.670 108 W/m2 K4 Constante de StefanBoltzmannCuerpo negro : Cuerpo idealizado que emite la maxima radiacion

Radiation emitida por una superficie

Emisividad : Una medida de cmo se aproxima la superficie a un cuerpo

por una superficie real

p p pnegro. 0 1.

La radiacion de cuerpo negro representa la

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p g pmaxima cantidad de radiacion que puede ser emitida por una superficie a la temperatura

radiacion neta:La radiacion entre dos

fi i d d dCuando una superficie esta completamente

superficies depende de: Propiedades de la superficie Orientacion relativa entre ellas

I t i d l di t l

p pcubierta por otra mas grande. Separado por gas que no interviene en la radiacion. La radiacion sera:

Interaccion del medio entre la superficie

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TECNICA PARA RESOLVER PROBLEMAS

Paso 1:Revision del enunciado del problema Paso 2: EsquemaPaso 2: Esquema Paso 3: Asumpciones y aproximaciones Paso 4: Leyes fisicasPaso 4: Leyes fisicas Paso 5: Propiedades Paso 6: Calculos Paso 7: Razonamiento, Verificacion, y Discusion

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