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    Transferencia de Calor

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    David Matias
    La transferencia de calor puede ocurrir por conducción, convección o radiación. La conducción implica el paso de energía térmica a través de colisiones moleculares dentro de un material. La convección implica el movimiento de un fluido calentado. La radiación implica la transferencia de energía térmica a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio. La conductividad térmica mide la habilidad de un material para conducir calor y depende de propiedades como la diferencia de temperatura, el área, el espesor del

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    Transferencia de Calor

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    David Matias
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    La transferencia de calor puede ocurrir por conducción, convección o radiación. La conducción implica el paso de energía térmica a través de colisiones moleculares dentro de un material. La convección implica el movimiento de un fluido calentado. La radiación implica la transferencia de energía térmica a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio. La conductividad térmica mide la habilidad de un material para conducir calor y depende de propiedades como la diferencia de temperatura, el área, el espesor del

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    hola

    Título original

    Transferencia de Calor (1)

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    La transferencia de calor puede ocurrir por conducción, convección o radiación. La conducción implica el paso de energía térmica a través de colisiones moleculares dentro de un material. La convección implica el movimiento de un fluido calentado. La radiación implica la transferencia de energía térmica a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio. La conductividad térmica mide la habilidad de un material para conducir calor y depende de propiedades como la diferencia de temperatura, el área, el espesor del

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    Transferencia de Calor

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    David Matias
    La transferencia de calor puede ocurrir por conducción, convección o radiación. La conducción implica el paso de energía térmica a través de colisiones moleculares dentro de un material. La convección implica el movimiento de un fluido calentado. La radiación implica la transferencia de energía térmica a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio. La conductividad térmica mide la habilidad de un material para conducir calor y depende de propiedades como la diferencia de temperatura, el área, el espesor del

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    TRANSFERENCIA DE

    CALOR

    Objetivos: Despus de terminar


    esta unidad, deber:
    Demostrar su comprensin de
    conduccin, conveccin y
    radiacin, y dar ejemplos.
    Resolver problemas de
    conductividad trmica con base en
    cantidad de calor, longitud de
    trayectoria, temperatura, rea y
    tiempo.

    Transmisin de Calor
    La ciencia de la transferencia de calor est
    relacionada con la razn de intercambio de
    calor entre cuerpos calientes y fros llamados
    fuente y recibidor.
    Latransferencia de calores el paso de energa
    trmicadesde un cuerpo de mayortemperatura
    a otro de menor temperatura.

    Transferencia de calor por


    conduccin
    Conduccin Es la transferencia de calor que se
    produce a travs de un medio estacionario -que
    puede ser un slido- cuando existe una diferencia
    de temperatura.

    Conduccin

    Direccin

    De
    caliente a
    fro.

    Ley de Fourier
    La conduccin trmica est determinada por la ley deFourier,
    que establece que el flujo detransferencia de calorpor
    conduccin en un medio istropo es proporcional y de sentido
    contrario algradientede temperatura en esa direccin. De
    formavectorial:

    q : es el vector de flujo de calor por unidad de superficie (W m

    ).
    K : es una constante de proporcionalidad, llamadaconductividad trmica(W m-1K-1).
    T : es el gradiente del campo de temperatura en el interior del material ( K m -1).
    -2

    Transferencia de calor por


    conveccin
    Conveccin es el proceso por el
    que la energa trmica se
    transfiere mediante el
    movimiento masivo real de un
    fluido calentado.
    El fluido calentado se eleva y
    luego se sustituye por fluido ms
    fro, lo que produce corrientes de
    conveccin.
    La geometra de las superficies
    calentadas (pared, techo, suelo)
    afecta significativamente la
    conveccin.

    Conveccin

    Transferencia de calor por radiacin


    Radiacin es el proceso por
    el que la energa trmica
    se transfiere mediante
    ondas electromagnticas.
    Radiacin

    Atmico
    No se requiere medio!

    Sol

    Tipos de Calor por Radiacin


    Radiacin de radio
    Es un tipo decampo electromagnticovariable, es decir,
    una combinacin decampos
    elctricosymagnticososcilantes, que se propagan a
    travs del espacio transportandoenerga de un lugar a otro

    Tipos de Calor por Radiacin

    Laradiacin infrarroja, o radiacinIR


    Es un tipo deradiacin electromagnticaytrmica, de mayor
    longitud de ondaque laluzvisible, pero menor que la de
    lasmicroondas. Consecuentemente, tiene menor
    frecuenciaque la luz visible y mayor que las microondas.La
    radiacin infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya
    temperatura sea mayor que 0Kelvin, es decir, 273,15grados
    Celsius(cero absoluto).

    Calor por Radiacin


    Ejemplos:

    Laradiacin infrarrojade unradiadordomstico


    comn o de uncalefactor elctricoes un ejemplo
    de radiacin trmica.
    Laluzemitida por unalmpara incandescente.
    La radiacin trmica se produce cuando el calor
    del movimiento departculas cargadasdentro de
    lostomosse convierte en radiacin
    electromagntica.

    Tipos de transferencia de calor


    Considere la operacin de una cafetera comn:

    Piense en cmo se transfiere calor


    por:

    Conduccin?
    Conveccin?
    Radiacin?

    Corriente calorfica
    La corriente calorfica H se define como la cantidad de
    calor Q transferida por unidad de tiempo en la direccin
    de mayor temperatura a menor temperatura.

    vapor

    hiel
    o

    Q
    H

    ( J / s)

    Unidades tpicas son: J/s, cal/s y Btu/h

    Conductividad trmica
    La conductividad trmica k de
    un material es una medida de
    su habilidad para conducir
    calor.

    t1

    t2

    H = corriente calorfica (J/s)


    A = rea superficial (m2)
    t = diferencia de temperatura

    t = t2 t1

    L = grosor del material

    Q kAt
    H

    QL
    k
    A t

    J
    Unidades
    s m C

    Las unidades SI para conductividad


    Caliente

    Fro

    QL
    k
    A t

    0
    Para
    ParaCobre:
    Cobre:k=
    k=385
    385J/s
    J/sm
    mCCm
    mCC0

    En
    Enunidades
    unidadesSI,
    SI,por
    porlo
    logeneral
    generalmediciones
    medicionespequeas
    pequeasde
    de
    longitud
    longitudLLyyrea
    reaAAse
    sedeben
    debenconvertir
    convertiraametros
    metrosyymetros
    metros
    cuadrados,
    cuadrados,respectivamente,
    respectivamente,antes
    antesde
    desustituir
    sustituiren
    enfrmulas.
    frmulas.

    t = 1 F0

    Unidades antiguas de
    conductividad

    h
    A=1 ft2

    Unidades antiguas, todava activas,


    usan mediciones comunes para rea en
    ft2, tiempo en horas, longitud en
    pulgadas y cantidad de calor en Btu.

    Q=1 Btu

    L=1
    in.

    k de vidrio = 5.6 Btu in/ft2h F0

    Tomando literalmente, esto significa que,


    para una placa de vidrio de 1 in de espesor,
    cuya rea es 1 ft2 y cuyos lados difieren en
    temperatura por 1 F0, el calor se conducir
    a la tasa de 5.6 Btu/h.

    Conductividades trmicas
    A continuacin se dan ejemplos de los dos
    sistemas de unidades para conductividades
    trmicas de materiales:
    Material

    J/s m C

    Btu in/ft 2 h F0

    Cobre:

    385

    2660

    Concreto o
    vidrio:

    0.800

    5.6

    Tablero de
    corcho:

    0.040

    0.30

    Ejemplos de conductividad trmica


    Comparacin de corrientes calorficas para
    condiciones similares: L = 1 cm (0.39 in); A = 1 m2
    (10.8 ft2); t = 100 C0
    Aluminio:

    Cobre:

    Concreto o
    vidrio:

    Tablero de
    corcho:

    2050 kJ/s

    4980 Btu/h

    3850 kJ/s

    9360 Btu/h

    8.00 kJ/s

    19.4 Btu/h

    0.400 kJ/s

    9.72 Btu/h

    Ejemplo 1: Una gran ventana de vidrio mide 2 m de ancho y 6 m


    de alto. La superficie interior est a 20 0C y la superficie exterior a
    12 0C. Cuntos joules de calor pasan a travs de esta ventana en
    una hora? Suponga L = 1.5 cm y que k = 0.8 J/s m C0.

    A = (2 m)(6 m) = 12 m2

    Q kAt
    kAt
    H
    ; Q

    L
    L
    (0.8 J/m s C 0 )(12 m 2 )(8 C 0 )(3600 s)
    Q
    0.0150 m
    QQ=
    =18.4
    18.4MJ
    MJ

    200C 120C
    A

    = 1 h

    Q=
    ?

    t = t2 t1 = 8
    0.015 C0
    m

    Radiacin
    La tasa de radiacin R es la energa emitida por unidad de
    rea por unidad de tiempo (potencia por unidad de rea).

    Q
    P
    Tasa de radiacin (W/m ):R

    A A
    2

    Emisividad,
    Emisividad,ee::

    P
    R e T 4
    A

    00>
    >ee >
    >11

    Constante
    Constantede
    deStefan-Boltzman:
    Stefan-Boltzman:
    -8
    4
    5.67
    5.67xx10
    10-8W/mK
    W/mK4

    ==

    Ejemplo 2: Una superficie esfrica de 12


    cm de radio se calienta a 627 0C. La
    emisividad es 0.12. Qu potencia se radia?

    A 4 R 4 (0.12 m)
    2

    Encuentre
    potencia
    radiada
    A

    A = 0.181 m2
    T = 627 + 273; T = 900 K
    6270C

    P e AT

    P (0.12)(5.67 x 10 W/mK )(0.181 m )(900 K)


    -8

    Potencia radiada desde la superficie:

    PP=
    =808
    808W
    W

    Resumen: Transferencia de calor


    Conduccin: La energa trmica se
    transfiere mediante colisiones
    moleculares adyacentes dentro de
    un material. El medio en s no se
    mueve.
    Conveccin es el proceso por el
    que la energa trmica se
    transfiere mediante el
    movimiento masivo real de un
    fluido calentado.
    Radiacin es el proceso por el
    que la energa trmica se
    transfiere mediante ondas
    electromagnticas.

    Resumen de conductividad trmica


    La conductividad trmica k de
    un material es una medida de
    su habilidad para conducir
    calor.
    H = corriente calorfica
    (J/s)
    A = rea superficial (m2)
    t = diferencia de
    temperatura
    L = espesor del material

    Q kAt
    H

    QL
    k
    A t

    t1

    t2

    t = t2 t1

    J
    Unidades
    s m C

    Resumen de radiacin
    La tasa de radiacin R es la energa emitida por
    unidad de rea por unidad de tiempo (potencia por
    unidad de rea).

    Q P

    Rate of Radiation (W/m ): R


    R
    A A
    2

    Emisividad,
    Emisividad,ee::

    Constante
    Constantede
    deStefan-Boltzman:
    Stefan-Boltzman:
    -8
    4
    5.67
    5.67xx10
    10-8W/mK
    W/mK4

    P
    4
    R e T
    A
    00>
    >ee >
    >11

    ==

    GRACIAS!!!

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