copia de transferencia de calor.ppt

8/17/2019 Copia de Transferencia de Calor.ppt

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Msc José w. Marquez IMsc José w. Marquez I

Transferencia de Calor Transferencia de Calor


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LA TRANSFERNCIA DE CALOR se

minimiza mediante múltiples capas derevestimiento beta. Este otros materiales

aisladores prote!en la nave espacial de

condiciones ambientales "ostiles. #NASA$


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Objetivos: Después de terinarObjetivos: Después de terinar

esta unidad! deber":esta unidad! deber":

• Demostrar su comprensión deDemostrar su comprensión deconducciónconducción,, convecciónconvección yy radiaciónradiación, y dar ejemplos., y dar ejemplos.

• Resolver problemas deResolver problemas deconductividad térmicaconductividad térmica con base encon base encantidad de calor, longitud decantidad de calor, longitud detrayectoria, temperatura, área ytrayectoria, temperatura, área ytiempo.tiempo.

• Resolver problemas que involucranResolver problemas que involucranlala tasa de radiacióntasa de radiación y lay la emisividademisividad de superfcies.de superfcies.


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Transferencia de calor porTransferencia de calor por

conducci#nconducci#nConducci#n es el proceso por el que la ener$%aConducci#n es el proceso por el que la ener$%a

térica se transfiere ediante colisionestérica se transfiere ediante colisiones

oleculares ad&acentes dentro de un aterial.oleculares ad&acentes dentro de un aterial.

'l edio en s% no se ueve.'l edio en s% no se ueve.

Cond%cci&n Direcci&n

De

caliente

a 'r(o.


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convecci#nconvecci#nConvecci&n es el proceso por el )%e

la ener!(a t*rmica se trans'iere

mediante el movimiento masivo real

de %n 'l%ido calentado.

El 'l%ido calentado se eleva l%e!oEl 'l%ido calentado se eleva l%e!o

se s%stit%e por 'l%ido m+s 'r(o, lose s%stit%e por 'l%ido m+s 'r(o, lo

)%e prod%ce)%e prod%ce corrientes decorrientes de

convecci&nconvecci&n..

LaLa !eometr(a!eometr(a de las s%per'iciesde las s%per'icies

calentadas #pared, tec"o, s%elo$ a'ectacalentadas #pared, tec"o, s%elo$ a'ecta

si!ni'icativamente la convecci&n.si!ni'icativamente la convecci&n.


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radiaci#nradiaci#nRadiaci&n es el proceso por el )%e

la ener!(a t*rmica se trans'iere

mediante ondas electroma!n*ticas.

At&mico

-No se re)%iere medio-No se re)%iere medio

Radiaci&n

Sol


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Tipos de transferencia de calor Tipos de transferencia de calor

Considere la operación de una caeteraConsidere la operación de una caeteracom!n"com!n"

#iense en cómo se#iense en cómo setransfere calor por"transfere calor por"

$Conducción$Conducción%%$Convección%$Convección%$Radiación%$Radiación%


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Corriente calor%ficaCorriente calor%fica

&a&a corriente calor'fcacorriente calor'fca HH se defne comose defne comola cantidad de calorla cantidad de calor QQ transerida portranserida porunidad de tiempounidad de tiempo ττ en la dirección deen la dirección demayor temperatura a menormayor temperatura a menor

temperatura.temperatura.vapor vapor "ielo"ielo

# / $

Q

H J sτ =

(nidades t'picas son"(nidades t'picas son" )*s, cal*s y )*s, cal*s y+tu*+tu*


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Conductividad téricaConductividad térica

&a&a conductividad térmica -conductividad térmica - dedeun material es una medida deun material es una medida desu abilidad para conducirsu abilidad para conducircalor.calor.

t 1 t 2

t t/ 0

t1

QLk

A t τ =

∆

QLk

A t τ =

∆

Q kA t H

Lτ

∆= =

Q kA t H

Lτ

∆= =

°⋅⋅=

C m s

J Unidades

2 corriente calor'fca

3)*s45 área superfcial 3m/4

∆t dierencia detemperatura

& grosor del material

6 Candidad de calor


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(as unidades )I para(as unidades )I para

conductividadconductividadCalienteCaliente Fr(oFr(o QLk

A t τ =

∆

QLk

A t τ =

∆

#ara cobre" - 789 )*s mC:

#ara cobre" - 789 )*s mC:

;n;n unidades as de longitudlongitud && yy área 5área 5 se debense debenconvertir a metros y metros cuadrados,convertir a metros y metros cuadrados,respectivamente, antes de sustituir enrespectivamente, antes de sustituir en

órmulas.órmulas.

;n;n

unidades as de longitudlongitud && yy área 5área 5 se debense debenconvertir a metros y metros cuadrados,convertir a metros y metros cuadrados,respectivamente, antes de sustituir enrespectivamente, antes de sustituir en

órmulas.órmulas.


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*nidades anti$uas de*nidades anti$uas de

conductividadconductividad t 1 ?:

L = 0 in.

A10 't2

310 4t%

τ = 1 5nidades anti!%as, todav(a5nidades anti!%as, todav(aactivas, %san medicionesactivas, %san mediciones

com%nes para +rea encom%nes para +rea en 't't22, tiempo, tiempo

enen "oras"oras, lon!it%d en, lon!it%d en p%l!adas p%l!adas

cantidad de calor encantidad de calor en 4t%4t%..

6 de vidrio 1 7.8 4t% in/'t6 de vidrio 1 7.8 4t% in/'t22" F" F99

@omado literalmente, esto signifca que, @omado literalmente, esto signifca que,para una placa de vidrio depara una placa de vidrio de 1 in1 in de espesor,de espesor,cuya área escuya área es 1 t1 t// y cuyos lados diferen eny cuyos lados diferen entemperatura portemperatura por 1 ?1 ?::, el calor se conducirá, el calor se conduciráa la tasa dea la tasa de 9.A +tu*9.A +tu*..


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Conductividades téricasConductividades téricasA contin%aci&n se dan e:emplos de los dos sistemas de

%nidades para cond%ctividades t*rmicas de materiales;


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'jeplos de conductividad térica'jeplos de conductividad térica

Comparaci&n de corrientes calor('icas para condicionessimilares; L 1 0 cm #9.> in$B A 1 0 m2 #09.? 't2$B ∆t 1 099 C9

Al%minio;Al%minio; 2979 6=/s2979 6=/s @?9 4t%/"@?9 4t%/"

Cobre;Cobre;>?79 6=/s>?79 6=/s >89 4t%/">89 4t%/"

Concreto oConcreto ovidrio;vidrio;

?.99 6=/s?.99 6=/s 0.@ 4t%/"0.@ 4t%/"

Tablero deTablero de

corc"o;corc"o;

9.@99 6=/s9.@99 6=/s .2 4t%/".2 4t%/"


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'jeplo +:' jeplo +: *na $ran ventana de vidrio ide*na $ran ventana de vidrio ide , ,

de anc-o &de anc-o & de alto. (a superficie interior est"de alto. (a superficie interior est"

aa ,/,/ //CC & la superficie e0terior a& la superficie e0terior a +,+, //CC. 1Cu"ntos. 1Cu"ntos

joules de calor pasan a través de esta ventana en joules de calor pasan a través de esta ventana en

una -orauna -ora2 )upon$a2 )upon$a ( 3( 3 +.4 c+.4 c & que& que 5 3 /.6 J7s5 3 /.6 J7s

C C//..A 1 #2 m$#8 m$ 1 02 mA 1 #2 m$#8 m$ 1 02 m22 29

9C 029C

t t/ 0t1 8

C:9.907 m

A3 1

τ 1 0 "

BQ kA t kA t

H Q L L

τ

τ

∆ ∆= = =

9 2 9#9.? =/m s C $#02 m $#? C $#>899 s$

9.9079 mQ

⋅ ⋅=

3 1 0?.@


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'jeplo ,:'jeplo ,: (a pared de una planta con$eladora est(a pared de una planta con$eladora est

copuesta decopuesta de 6 c6 c de tablero de corc-o &de tablero de corc-o & +, c+, c dd

concreto s#lido. (a superficie interior est" aconcreto s#lido. (a superficie interior est" a 8,/8,///CC & l& l

superficie e0terior asuperficie e0terior a 9,49,4//CC. 1Cu"l es la teperatur . 1Cu"l es la teperatur de la interfazde la interfaz t t

i i ? ?

Nota; Nota;

concretocorcho A

H

A

H

=

9 9

0 2

0 2

# 29 C$ 27 C

L L

i ik t k t − − =

t t ii272799CC292999CC

H H

A A

? cm 02 cm? cm 02 cm

?lujo?lujoestacionarestacionar

ioio9 9

0 2

0 2

# 29 C$ #27 C F $

L Li ik t k t +

=


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Continuaci#n.Continuaci#n. 'ncontrar la teperatura de'ncontrar la teperatura de

interfaz para una pared copuesta.interfaz para una pared copuesta.

9 9

0 2

0 2

# 29 C$ #27 C F $

L L

i ik t k t +

=9 90 2

2 0

L# 29 C$ #27 C $

Li i

k t t

k + =

9 90 2

2 0

L# 29 C$ #27 C F $

L i i

k t t

k + =

t t ii272799CC292999CC

H H

A A



ioio

Al reordenar 'actores se obtiene;Al reordenar 'actores se obtiene;

9

0 2

9

2 0

L #9.9@ G/m C $#9.02 m$9.97

L #9.? G/m C $#9.9? m$

k

k

⋅= =

⋅


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Continuaci#n: l siplificar se obtiene:Continuaci#n: l siplificar se obtiene:

t t ii

272799

CC

292999

CC

H H

A A



ioio

9 9

#9.97$# 29 C$ #27 C $i it t + =

9.979.97t t ii ++ 0.70.799C 1 27C 1 2799C C t t ii

De donde;De donde; t i = /1.B:Ct i = /1.B

:C

Conocer la temperat%ra de inter'azConocer la temperat%ra de inter'az

t t ii permite determinar la permite determinar la tasa de 'l%:otasa de 'l%:o

de calor por %nidad de +rea, H/Ade calor por %nidad de +rea, H/A..

La cantidadLa cantidad H/AH/A es i!%al para corc"o o concreto;es i!%al para corc"o o concreto;

HB

A

Q kA t k t H

L Lτ

∆ ∆= = =

HB

A

Q kA t k t H

L Lτ

∆ ∆= = =


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Continuaci#n.Continuaci#n. ;lujo estacionario constante.;lujo estacionario constante.

t t ii272799CC292999CC

H H

A A



ioioH

BA

Q kA t k t H

L Lτ

∆ ∆= = =

HB

A

Q kA t k t H

L Lτ

∆ ∆= = =

2*52*5 es constante en el tiempo, dees constante en el tiempo, demodo que dierentesmodo que dierentes -- producenproducen

dierentesdierentes ∆∆ttCorco"Corco" ∆∆t /1.Bt /1.B::C 0 30/:C 0 30/:::C4 C4 1.B1.B

CC::

Concreto"Concreto" ∆∆t /9t /9::C 0 /1.BC 0 /1.B::C C 7.17.1

CC::

Dado )%e H/A es el mismo, eli:a s&lo concreto;Dado )%e H/A es el mismo, eli:a s&lo concreto;

9 9H #9.? G/mC $#>.0 C $

A 9.02 m

k t

L

∆= = 2 29. G/m

H

A

=2 29. G/m

H

A

=


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Continuaci#n. ;lujo estacionario constante.Continuaci#n. ;lujo estacionario constante.

t t ii272799CC292999CC

H H

A A



ioio

Corco"Corco" ∆∆t /1.Bt /1.B::C 0 30/:C 0 30/:::C4 C4 1.B1.BCC::

Concreto"Concreto" ∆∆

t /9t /9::

C 0 /1.BC 0 /1.B::

C C 7.17.1CC::

2

29. G/m H

A =

2

29. G/m

H

A =

Note )%e Note )%e 29. =o%les29. =o%les de calor porde calor por

se!%ndose!%ndo pasan a trav*s de la pared pasan a trav*s de la pared

comp%esta. Sin embar!o, elcomp%esta. Sin embar!o, elintervalo de temperat%ra entre lasintervalo de temperat%ra entre las

caras del corc"o escaras del corc"o es 0>.7 veces0>.7 veces m+sm+s

!rande )%e para las caras del!rande )%e para las caras del

concreto.concreto.

Si A 1 09 m2, el

'l%:o de calor en 0

" ser(a

Si A 1 09 m2, el

'l%:o de calor en 0

" ser(a @7 6G@7 6G


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'jeplo =:' jeplo =: *na superficie esférica de*na superficie esférica de

+, c de radio se calienta a ,> /C.+, c de radio se calienta a ,> /C.

(a eisividad es /.+,. 1?ué potencia(a eisividad es /.+,. 1?ué potencia

se radia2se radia22 2@ @ #9.02 m$ A Rπ π = =

A 1 9.0?0 mA 1 9.0?0 m22

T 1 82 K 2>BT 1 82 K 2>B T =T = 99 99

@ P e AT σ =@ P e AT σ =

? @ 2 @#9.02$#7.8 M 09 G/m $#9.0?0 m $#99 $ P =

P 8:8 FP 8:8 F@otencia radiada desde la@otencia radiada desde la

superficie:superficie:

A

829C

Enc%entre

potencia

radiada


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*AIDD II*AIDD II

Conducción a través de un cilindro hueco


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Cilindros de Capas Múltiples

(a transferencia de calor en las Industrias de proceso suele

ocurrir a través de cilindros de capas ltiples! coo sucede

cuando se transfiere calor a través de las paredes de una tuber%a

aislada.


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(a fi$ura uestra una tuber%a con dos capas de aislaiento a su

alrededorB es decir! un total de tres cilindros concéntricos. (adisinuci#n de teperatura es Tl 8 T, a través del aterial ! T,

8T=! a través de E & T= 8 TF a través de C. 'videnteente! la

velocidad de transferencia de calor! q! ser" i$ual en todas las

capas! pues se trata de un estado estacionario.


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