Apuntes sobre Transferencia de Calor
Ing. Gustavo Serna P
Apuntes sobre Transferencia de Calor Apuntes Sobre Conducci贸n Convecci贸n y Radiaci贸n Aula Digital
2013
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Apuntes sobre Transferencia de Calor
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN La convección es una forma de transferencia de calor el cual se da por diferencia de temperaturas; es calor se transporta por medio del movimiento de un fluido ya sea liquido o gas; para el caso de un quemador de gas la llama del quemador calienta el aire circundante (fluido) y el movimiento de este transporta el calor de un lugar a otro calentando el ambiente. Otro ejemplo es el movimiento de los humos a través de una chimenea donde la diferencia de temperaturas ocasiona el movimiento ascendente de los humos a través del ducto de evacuación. En la naturaleza la formación de tornados se origina a partir de la convección el aire que se calienta sube dejando un vacío en la parte inferior el cual es ocupado por aire frio el cual al calentarse asciende; la repetición de este fenómeno hace que se cree un remolino o tornado. La transferencia de calor por convección se puede calcular a partir de la ley de enfriamiento de Newton
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Donde Q calor h es el coeficiente de convección del fluido A es el área del cuerpo en contacto con el fluido, T2 es la temperatura en la superficie del cuerpo T1 es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.
Ejemplo Una placa caliente cuya área es de 400 cm2 se encuentra a una temperatura de 180 grados centígrados hallar la cantidad de calor transferido por convección si el coeficiente de transferencia es de 300 Wm2K y la temperatura del aire es 50 grados centígrados
Solución Datos A=400cm2*1m2/10000cm2=0,004m2 h=300 Wm2K T2=180+273=453K T1=50+273=323K
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TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN Cuando dos solidos se encuentran en contacto se genera un flujo de calor desde el sólido más caliente hacia el más frio; al cabo del tiempo se llega a un equilibrio térmico donde ambos cuerpos tendrán la misma temperatura. Este fenómeno de transferencia de calor se conoce como conducción y se puede expresar como
Donde K conductividad térmica del material A es el área de la superficie transmisora de calor diferencia de temperaturas entre el foco caliente y el foco frio espesor dl material
Ejemplo Las caras de una superficie rectangular de 3 m2 de área se encuentran a 18 y 45 grados centígrados de temperatura. Si el espesor del material es de 20 centímetros y la conductividad térmica del mismo es de 0,5W/mC entonces ¿cuál es la cantidad de calor que se está transmitiendo por conducción a través de dicha superficie?
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Apuntes sobre Transferencia de Calor Solución Datos K =0,5W/mC A=3 m2 =45C-18C=27C =20cm=0,2m
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TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN Todos los cuerpos emiten radiación debido a su temperatura. El fenómeno de radiación predomina sobre el de convección y el conducción cuando la temperatura de un cuerpo es muy elevada. Un cuerpo mas caliente que su entorno radia calor hacia los alrededores, esta radiación termina cuando el cuerpo alcanza la temperatura de su entorno. Para expresar el fenómeno de radiación térmica se utiliza la expresión de Ley de Stefan-Boltzmann
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Apuntes sobre Transferencia de Calor Donde P:es la potencia radiada α es un coeficiente que depende del cuerpo radiante σ 5,67 × 10-8 W/m²K4 constante de Stefan-Boltzmann T es la temperatura absoluta S es el área de la superficie que radia Ejemplo Un cuerpo negro perfecto con un área de 25 m2 se encuentra a una temperatura de 310K. Hallar la potencia radiada por este cuerpo.
Solución Datos α =1 σ 5,67 × 10-8 W/m²K4 T=310K S=25 m2
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