REPÚBLICA BOLIVARIANA DE VENEZUELAINSTITUTO UNIVERSITARIO POLITÉCNICO
SANTIAGO MARIÑOFACULTAD DE INGENIERÍAEXTENSIÓN MARACAIBO
TRANSFERENCIA DE CALOR
Prof. Antonio Moronta
Maracaibo, Febrero de 2011
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
Qconstante
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
∆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
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
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.
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
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.
TRANSFERENCIA DE CALOR
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.
TRANSFERENCIA DE CALOR
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)
TRANSFERENCIA DE CALOR
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
TRANSFERENCIA DE CALOR
RESUMEN
TRANSFERENCIA DE CALOR
MUCHAS GRACIAS MUCHAS GRACIAS
POR SU ATENCIÓN POR SU ATENCIÓN
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