UNIVERSIDAD TÉCNICA DE AMBATOFACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y MECÁNICA

CARRERA DE INGENIERÍA MECANICA

1. TEMA

Mecanismos de transferencia de calor.

2. OBJETIVOS

Generales:

Conocer los tipos de mecanismos de transferencia de calor.

Específicos:

Conocer y saber diferenciar los conceptos de calor, temperatura y energía interna. Comprender los principales efectos que el calor puede provocar sobre los cuerpos.3. MARCO TEORICO

Transferencia de calor

Cuando dos cuerpos que tienen distintas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo el cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos; conducción, convección y radiación.

La temperatura está directamente relacionada con la energía térmica de un cuerpo. A más temperatura, más velocidad tendrá sus partículas.

El calor se transfiere a través de un vínculo térmico (diferencia de temperatura). El trabajo se transfiere a través de un vínculo mecánico (fuerzas y desplazamientos).

PROPAGACION DE CALOR

Figura 3.1: Esquema de los mecanismos de transferencia de calor

Fuente: Disponible enhttp://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf

CONDUCCIÓN

Una de las formas en las que el calor viaja es por conducción. Se da en los cuerpos sólidos.

Conducción es la forma de transmitirse el calor en los sólidos.

Se necesita que ambos cuerpos se toquen.

LEY DE LA CONDUCCION DE FOURIER

Ecuación 1

Dónde:

K= conductividad térmica (W/mK)

dT/ dx= gradiente de Temperatura

El signo menos indica que la conducción de calor es en dirección decreciente de la temperatura.

Tabla 3.1: Valores de conductividades térmicas

FUENTE: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf

FIGURA 3.2: Ley de conducción de calor de Fourier

Ecuación 2

FUENTE: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf

CONVECCIÓN

En los fluidos (líquidos y gases) una forma de propagarse el calor es por convección.

Cuando un líquido o un gas reciben calor por su parte inferior, las zonas calientes tienden a subir y las frías, a bajar. Se mezclan zonas calientes y frías, transmitiéndose el calor de una zona a otra, mediante movimientos llamados flujos convectivos.

Convección es una forma de transmitirse el calor en los líquidos y gases. El fluido caliente asciende y el frío, baja.

Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de enfriamiento de newton.

Ecuación 3

Donde

H= coeficiente de convención (W/m2 K)

A= superficie que entrega calor con temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra a una temperatura T.

El flujo de calor por convención es positivo (H>0) si el calor se transfiere desde la superficie de área A al flujo (TA > 0) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (TA

<0)

FIGURA 3.3: proceso de convención

FUENTE: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf

FIGURA 3.4: valores de coeficiente de convención

Fuente: http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf

Por una tubería de 150 m circulan 0.63 kg/s de vapor húmedo con calidad 10% a una temperatura de 250 °F. El diámetro interior de la tubería es 4”. A la salida de la tubería se tiene líquido saturado. Calcular la temperatura de la superficie interior del tubo.

1 lbm = 0.45359 kg De la tabla de vapor húmedo

1 pulg = 2.54 cm

1 Joule = 9.478x10-4 BTU

RADIACIÓN

El calor también se propaga por radiación. Se da en sólidos, líquidos, gases y en el vacío.

Todos los cuerpos desprenden energía en forma de radiación. Cuanta más temperatura tiene más radiación desprende. La radiación es luz (hay luces que podemos ver, luz visible y otras que no como los rayos X, infrarrojos, ultravioletas...). Esta energía se propaga por cualquier medio, incluso en el vacío, ya que la luz no necesita de ningún medio para viajar de un cuerpo a otro.

Radiación es la forma de transmitirse el calor en forma de luz a través de cualquier medio o del vacío.

Ecuación 4

Ejemplos

En un horno de 1 m3, las paredes verticales están hechas de un material aislante. La resistencia eléctrica fue colocada en la superficie inferior produce una potencia total de 60 W siendo su temperatura 328 K. Determine la temperatura de la cara superior del horno.

Se necesita conocer la cantidad de calor que una pared de un cuarto irradia sobre el piso. La temperatura de la pared es de 50°C y la del

piso 27°C. La dimensiones de la pared son 3 x 6 m y la del piso 6 x 9 m.  La emisividad de la pared es 0.8 y la del piso 0.6.

Conclusión

Se logró conocer los tipos de mecanismos de transferencia de calor de la cual existen diferentes aplicaciones.

Se pudo conocer y saber diferenciar los conceptos de calor, temperatura y energía interna.

Se pudo comprender que el calor puede provocar cambios en las propiedades físicas y químicas de los cuerpos

Bibliografía

Disponible en:http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-180.htm

Disponible en:http://www.unet.edu.ve/~fenomeno/F_DE_T-179.htm

Disponible en:http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20%28CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION%29.pdf