Mecanismos de TC

República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación

Instituto Universitario Politécnico Santiago Mariño
Extensión Maracaibo
Mecanismos de
transferencia de calor
Estudiante
Génesis Pérez
C.I:27.558.563
Marzo, 2021
a) ¿Cuál es la relación que existe entre la ciencia de la transferencia de
calor y la ciencia de la termodinámica?
La termodinámica es la ciencia que estudia la transferencia de calor. Siempre
que existe un gradiente térmico en un sistema o se ponen en contacto dos
sistemas a diferentes temperaturas, se transfiere energía entre ellos o las
temperaturas se mantienen constantes punto a punto en el sistema.
La transferencia de calor está principalmente interesada en el calor, que es la

forma de energía que se puede transferir de un sistema a otro como resultado
de la diferencia de temperatura. La termodinámica es la ciencia que se ocupa de
la producción, almacenamiento, transferencia y conversión de energía. Estudia
los efectos del trabajo, el calor y la energía en un sistema a medidaque un
sistema experimenta un proceso de un estado de equilibrio a otro, y no hace
referencia a cuánto tiempo llevará el proceso.
b) ¿Cómo se determina el calor según la perspectiva química, física y

termodinámica?
Se denomina calor a la energía en tránsito que se reconoce solo cuando se cruza
la frontera de un sistema termodinámico. Una vez dentro del sistema, o en los
alrededores, si la transferencia es de adentro hacia afuera, el calor transferido
se vuelve parte de la energía interna del sistema o de los alrededores, según su
caso. El término calor, por tanto, se debe de entender como transferencia de
calor y solo ocurre cuando hay diferencia de temperatura y en dirección de
mayor a menor. De ello se reduce que no hay transferencia de calor entre dos
sistemas que se encuentran a la misma temperatura.
El calor desde la vista química está definido como la forma de energía que se
transfiere entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que
se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica
generalmente el término calor significa simplemente transferencia de energía.
Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura
hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que
ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
El calor, visto desde la física, no se tiene, el calor es una transferencia.
c) ¿Cuál es la importancia del estudio de la transferencia de calor en las

industrias alimenticias, petroleras, petroquímicas, entre otras?
Lo que ocurre es que realmente estamos interesados en la tasa de transferencia
de calor. La determinación de las velocidades de transferencia de calor hacia o
desde un sistema y, por lo tanto, los tiempos de calentamiento o enfriamiento,
así como la variación de la temperatura, es objeto de la ciencia de la
transferencia de calor.
La transferencia de calor nos ayuda a resolver las cuestiones planteadas en el

inicio de este escrito y juega un papel determinante en el diseño de
prácticamente todos los equipos y dispositivos que nos rodean: nuestros
ordenadores y televisores deben considerar las tasas de transferencia de calor
que permitan su refrigeración y eviten sobrecalentamientos que afecten a su
funcionamiento, los electrodomésticos como cocinas, secadoras y neveras
tienen que asegurar las características de calentamiento/enfriamiento para las
que van a ser comercializadas.
En la construcción de nuestros hogares, se realiza un estudio de transferencia

de calor, en base al cual se determina el espesor del aislamiento térmico o del
sistema de calefacción.
En el sector industrial, los equipos como intercambiadores de calor, calderas,

hornos, condensadores, baterías, calentadores, refrigeradores y paneles solares
están diseñados principalmente sobre la base del análisis de transferencia de
calor.
Equipos más sofisticados como coches y aviones requieren estos estudios que
permita evitar calentamientos no deseados de motores o de habitáculos.
Los procesos de transmisión de calor no sólo aumentan, disminuyen o mantiene

las temperaturas de los cuerpos afectados, también pueden producir cambios
de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. En ingeniería, los
procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen
estos fenómenos. Las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la
Tierra a velocidades muy elevadas, están dotadas de unescudo térmico que se
funde de forma controlada en un proceso llamado ablación para impedir un
sobrecalentamiento del interior de la cápsula. La mayoría del calor producido por
el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en
aumentar la temperatura de la cápsula.
La transferencia del calor es pues el proceso por el que se intercambia energía

en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo
cuerpo que están a distinta temperatura. Este calor puede transferirse de tres
formas: por conducción, por convección y por radiación. Aunque estos tres
métodos de transferencia tienen lugar muchas veces simultáneamente,
habitualmente uno de los mecanismos predomina sobre los otros dos.
d) ¿Cuál es la diferencia que existe entre una convección natural y una

convección forzada?
La convección natural es un mecanismo, o tipo de transporte de calor, en que
el movimiento del fluido no es generado por cualquier fuente externa (como una
bomba, ventilador, dispositivo de succión, etc.) pero solo por diferencias de
densidad en el fluido ocurriendo debido a gradientes de temperatura. En
convección natural, el fluido que rodea una fuente de calor recibe calor y por la
expansión térmica se hace menos denso y asciende. El fluido circundante más
fresco entonces se mueve para reemplazarlo.
En la convección natural el movimiento del fluido es debido a causas naturales,
como el efecto de flotación, el cual se manifiesta con la subida del fluido caliente
y el descenso del fluido frio.
En la convección forzada se obliga al fluido a fluir mediante medios externos,
como un ventilador o una bomba. Este mecanismo se encuentra muy
comúnmente en la vida cotidiana, incluyendo calefacción central, aire
acondicionado, turbinas de vapor y en muchas otras máquinas. Los ingenieros
que diseñan o analizan los intercambiadores de calor, el flujo de la tubería y el
flujo sobre una placa a una temperatura diferente a la corriente a menudo
encuentran convección forzada.
La convección natural es un método de transferencia de calor en el que el

movimiento del fluido está influenciado por medios naturales. La convección
forzada es un método de transferencia de calor en el que el movimiento del fluido
está influenciado por medios externos. Al considerar los factores que afectan la
transferencia de calor, no hay factores externos que afecten la transferencia de
calor en la convección natural, mientras que los factoresexternos pueden causar
la transferencia de calor en la convección forzada.
El movimiento del fluido en convección natural se genera como resultado del

cambio de la densidad del fluido cuando se calienta. Sin embargo, el movimiento
del fluido en la convección forzada se genera como resultado de una fuente
externa como bombeo, ventilador, dispositivos de succión. El enfriamiento de un
huevo hervido cuando se mantiene en el aire normal, la pérdida de enfriamiento
de una lata de bebida fría, etc. se puede incluir como ejemplos de convección
natural, y el aire acondicionado, turbinas de vapor, etc. son ejemplos de
convección forzada.
La convección tiene dos formas: convección natural y convección forzada. La
diferencia entre convección natural y forzada es que, en la convección natural,
los medios naturales influyen en el movimiento del fluido, mientras que en la
convección forzada, los medios externos influyen en el movimiento del fluido.
e) Establezca la analogía que existe entre la transferencia de calor por
conducción, convección y la ley de Ohm en un circuito eléctrico
En muchos aspectos, la conducción de calor en los sólidos es similar a la
conducción de electricidad en los conductores eléctricos. En un conductor, el flujo de
electricidad está dirigido por una diferencia de potencial y del mismo modo, el flujo
de calor depende de una diferencia de temperatura. En laconducción eléctrica, la
carga eléctrica se transfiere desde un punto en un conductor a otro por el movimiento
de los electrones. En la conducción térmica, el calor es transportado desde un punto
de un sólido hasta otro por la vibración de las moléculas del sólido debido a su
energía incrementada.
La conducción de calor se rige por la ley de Fourier que dice que la tasa de
transferencia de calor (Q) entre dos puntos lo suficientemente cercanos en un medio
es proporcional a la diferencia de temperatura entre los dos puntos, (T1- T2) dividida
por su separación (Dx) y la normal del área a la dirección del flujo de calor (A). La
constante de proporcionalidad se denomina coeficiente de conductividad térmica del
material (k). Matemáticamente, esto se puede expresar de la siguiente manera:
Q = k A (T1 - T2)/Dx
Donde Q es la tasa de transferencia de calor en vatios.
El flujo de corriente eléctrica se rige por la ley de Ohm, que establece que la
corriente eléctrica (I) que fluye entre dos puntos en un conductor es igual a la
diferencia de potencial entre los dos puntos (V1-V2), dividida por la resistencia
eléctrica entre ellos (R). La ley de Ohm se puede expresar de la siguiente manera:
I = (V1 - V2)/R
Las ecuaciones anteriores sugieren que la siguiente analogía contiene:
En la siguiente figura se muestra la analogía entre los dos fenómenos:

EJERCICIOS:
Se quiere edificar una pared prefabricada de madera con un armazón de pino
blanco, los listones del armazón tienen una sección transversal de 6 cm por 10 cm
colocados con separación de 50 cm, centro a centró. La superficie interior de la pared
tiene un empalme de forro de roble de 0.50 cm de grueso y la superficie exterior tiene
un empalme de pino blanco de 1.50 cm. El espacio entre los bloques de pino se llena
con aislante de corcho triturado de 10 cm de espesor. Se considerará coeficientes
de convección de transferencia, dé calor para el interior como convección libre y aire
quieto, para el exterior convección forzada aire ventoso, con temperaturas de 20ºC
para el interior y 5ºC para el exterior.
a) ¿Cuál es la perdida de calor a través de una sección de pared de 2,5 m de

alto y 3 m de ancho?
b) ¿En cuánto mejoraría la eficiencia si se remplaza el corcho por un aislante

cuya conductividad es de 0,009 W/m°C? 5 pto.
a)
∆𝑇 ∆𝑇𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙
𝑄= =
𝑅 𝑅𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒 + 𝑅𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑜𝑛 + 𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 + 𝑅𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒
𝐿 0.10 °𝐶
𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = = = 0.31
𝐾𝐴 0.043 ∗ 7.5 𝑊
𝐿 0.005 °𝐶
𝑅𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒 = = = 0.0058
𝐾𝐴 0.116 ∗ 7.5 𝑊
𝐿 0.015 °𝐶
𝑅𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒 = = = 0.0178
𝐾𝐴 0.112 ∗ 7.5 𝑊
𝐿 0.50 °𝐶
𝑅𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑜𝑛 = = = 0.60
𝐾𝐴 0.112 ∗ 7.5 𝑊
°𝐶
𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 1.094
𝑊
∆𝑇 15°𝐶
𝑄= = = 13.71𝑊
𝑅 °𝐶
1.094 𝑊
La perdida por calor se ve de la siguiente manera
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 13.71W ∗ 0.31 = 4.25 °𝐶
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒 = 13.71W ∗ 0.0057 = 0.08°C
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒 = 13.71W ∗ 0.178 = 0.24°C
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑜𝑛 = 13.71W ∗ 0.60 = 8.23°C
b)
𝐿 0.10 °𝐶
𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = = = 1.48
𝐾𝐴 0.009 ∗ 7.5 𝑊
°𝐶
𝑊
∆𝑇 15°𝐶
𝑄= = = 6.20𝑊
𝑅 °𝐶
2.42 𝑊
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 6.20 W ∗ 1.48 = 9.176 °𝐶

Para evitar la pérdida de calor en un chalet de una zona muy fría a través de
sus ventanales, se colocan dos cristales separados con un colchón de aire
térmicamente aislado. Si los ventanales son de 3 m de ancho por 4 m de alto, y están
armados de dos piezas de vidrio de 8 mm de grueso que emparedan con un espacio
de 50 mm de separación. Determine la pérdida de calor por conducción a través de
la pared, en un día tranquilo de invierno, cuando se tienen temperaturas en el interior
de la habitación de 23 ºC y el aire exterior de -5 ºC respectivamente. Además, se
quiera saber cuál es la temperatura de la superficie interna del vidrio de la superficie
exterior. 5 pto.
∆𝑇
𝑄= =
𝑅
𝐿 0,008 °𝐶
𝑅𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = = = 0,0008547
𝐾𝐴 078 ∗ 12 𝑊
𝐿 0,05 °𝐶
𝑅𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = = = 0,02314
𝐾𝐴 078 ∗ 12 𝑊
𝐿 0,008 °𝐶
𝑅𝑒𝑥𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑡 = = = 0,0008547
𝐾𝐴 078 ∗ 12 𝑊
°𝐶
𝑊
∆𝑇 28°𝐶
𝑄= = = 60.28𝑊
𝑅 °𝐶
0.4645 𝑊
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 60.28𝑊 ∗ 0,0008547 = 0.051 °𝐶
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 60.28𝑊 ∗ 0,02314 = 13.95°C
∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 60.28𝑊 ∗ 0,0008547 = 0.051°C

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La transferencia de calor está principalmente interesada en el calor, que es la

b) ¿Cómo se determina el calor según la perspectiva química, física y

c) ¿Cuál es la importancia del estudio de la transferencia de calor en las

La transferencia de calor nos ayuda a resolver las cuestiones planteadas en el

En la construcción de nuestros hogares, se realiza un estudio de transferencia

En el sector industrial, los equipos como intercambiadores de calor, calderas,

Los procesos de transmisión de calor no sólo aumentan, disminuyen o mantiene

La transferencia del calor es pues el proceso por el que se intercambia energía

d) ¿Cuál es la diferencia que existe entre una convección natural y una

La convección natural es un método de transferencia de calor en el que el

El movimiento del fluido en convección natural se genera como resultado del

Donde Q es la tasa de transferencia de calor en vatios.

En la siguiente figura se muestra la analogía entre los dos fenómenos:

a) ¿Cuál es la perdida de calor a través de una sección de pared de 2,5 m de

b) ¿En cuánto mejoraría la eficiencia si se remplaza el corcho por un aislante

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 13.71W ∗ 0.31 = 4.25 °𝐶

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑟𝑜𝑏𝑙𝑒 = 13.71W ∗ 0.0057 = 0.08°C

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑒𝑚𝑝𝑎𝑙𝑚𝑒 = 13.71W ∗ 0.178 = 0.24°C

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑟𝑚𝑎𝑧𝑜𝑛 = 13.71W ∗ 0.60 = 8.23°C

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒 = 6.20 W ∗ 1.48 = 9.176 °𝐶

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑖𝑛𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 60.28𝑊 ∗ 0,0008547 = 0.051 °𝐶

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑚𝑒𝑑𝑖𝑜 = 60.28𝑊 ∗ 0,02314 = 13.95°C

∆𝑇 = 𝑄 ∗ 𝑅𝑒𝑠𝑡𝑒𝑟𝑖𝑜𝑟 = 60.28𝑊 ∗ 0,0008547 = 0.051°C

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