termod ii 13 tranf. de calor (1)

7/22/2019 Termod II 13 Tranf. de Calor (1)

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CALORIMETRIA

Lf,v Lf : calor latente de fusin

Lv: calor latente de vaporizacin

Qfrio=Qcaliente

m1c1(T

fT

1) =m

2c2(T

fT

2)

Calor (Q): Energa en transito de un cuerpo que se

halla a una temperatura mayor hacia otro que

est a temperatura menor, con el fin de igualarambas a una temperatura de equilibrio. Las

unidades son: Cal, J, etc.


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CALORES ESPECFICOS DE ALGUNAS SUSTANCIAS A25C Y UNA ATMOSFERA DE PRESIN ATMOSFRICA

CALOR ESPECFICO

SUSTANCIA J/KG C CAL/G C

SLIDOS ELEMENTALES

ALUMINIO

BERILIO

CADMIO

COBRE

GERMANIO

ORO

HIERRO

PLOMO

SILICIO

PLATA

900

1830

230

387

322

129

448

128

703

234

0.215

0.436

0.055

0.0924

0.077

0.0308

0.107

0.0305

0.168

0.056

OTROS SLIDOS

LATN

VIDRIO

HIELO (-5C)MRMOL

MADERA

380

837

2090860

1700

0.092

0.200

0.500.21

0.41

LQUIDOS

ALCOHOL (ETLICO)

MERCURIO

AGUA (15C)

2400

140

4186

0.58

0.033

1.00

GAS

VAPOR (100C) 2010 0.48


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CALORES LATENTES

Sustancia Punto de fusin(C)

Calor latente defusin (J/kg)

Punto deebullicin

Calor Latentede

vaporizacin

Helio

Nitrgeno

OxgenoAlcohol etlico

Agua

Azufre

Plomo

Aluminio

Plata

Oro

Cobre

-269.65

-209.97

-218.79-114

0.00

119

327.3

660

960.80

1063.00

1083

5.23x105

2.55x104

1.38x1041.04x105

3.33x105

3.81x104

2.45x104

3.97x105

8.82x104

6.44x104

1.34x105

-268.93

-195.81

-182.9778

100.00

444.60

1750

2450

2193

2660

1187

2.09x104

2.01x105

2.13x1058.54x105

2.26x106

3.26x105

8.70x105

1.14x107

2.33x106

1.58x106

5.06x106


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La energa requerida para aumentar la temperatura de 0.50 kg de

agua en 3C es:

EJERCICIOS

Q = m Ce T= (0.5kg)(4186 J/kg

C)(3

C) = 6.28 x 10

3

J.

Un lingote metlico de 0.050 kg se calienta hasta 200C y acontinuacin se introduce en un vaso de laboratorio que contiene 0.4 kgde agua inicialmente a 20C. si la temperatura de equilibrio final delsistema mezclado es de 22.4 C, encuentre el calor especfico del metal.

Qfrio=Qcaliente

m1c1(T

fT

1) =m

2c2(T

fT

2)

c2=(0.4)(4186)(22.4 20)/((0.050)(200 22.4)) = 452.54 J/kg C


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TRANSFERENCIA DE CALOR


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TRANSFERENCIA DE CALOR

Se puede definir como la

transmisin de energa de

una regin a otras, como

producto de la diferencia de

la temperatura entre ellas.

El flujo de calor se rige por

una combinacin de variasleyes fsicas independientes.


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CLASIFICACIN DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CONDUCCION

Transferencia de energa desde cada porcin demateria a la materia adyacente por contacto directo, sinintercambio, mezcla o flujo de cualquier material.


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CONVECCION

Transferencia de energa mediantela mezcla ntima de distintas partesdel material: se produce mezcladoe intercambio de materia.

Conveccin natural: el origen delmezclado es la diferencia de

densidades que acarrea unadiferencia de temperatura.

Conveccin forzada: la causa delmezclado es un agitador mecnico ouna diferencia de presin

(ventiladores, compresores...)impuesta externamente.


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RADIACION

Transferencia de energa mediada por ondaselectromagnticas, emanadas por los cuerpos calientesy absorbidas por los cuerpos fros.


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MECANISMOS DE CONDUCCIN Por este mecanismo el

calor puede ser conducido atravs de slidos, lquidos y

gases.

La conduccin se verifica

mediante la transferencia de

energa cintica entre molcula

adyacentes.

En la conduccin la

energa tambin se transfiere

por medio de electrones

libres, un proceso muy

importante en el calentamiento

Mercurio Hg


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APLICACIONES INDUSTRIALES

Intercambiadores de calor.


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Industrias de Alimentos.


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Aire acondicionado.


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CORRIENTE CALORFICA

La corriente calorfica se define como la cantidad decalor Qtransferida por unidad de tiempo t en ladireccin de mayor temperatura a menor temperatura.

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

x

TA

t

Q


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LEY DE CONDUCCIN DE CALOR

dx

dTkAP

Donde : P: potencia Q: calor t: tiempo

k:es la conductividad trmica A: rea de la seccin transversaldT/dx es el gradiente de temperatura. t: tiempo

T2

T1

Flujo de calor por T2 >T1

A

dx

t

QP

Permite cuantificar la rapidezdel flujo de calor por

conduccin y establece que:


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Una gran ventana de vidrio mide 2 mde ancho y 6 mde alto. La superficie interior est a 20 0Cy lasuperficie exterior a 12 0C. Cuntos joules de calor

pasan a travs de esta ventana en una hora?Suponga L =1.5 cmy que k = 0.8 J/s m C0.

Q = 18.4 MJ

Un tubo de vapor se cubre con un material aislante de 1.5cm de espesor y 0.200 cal/cm C s de conductividadtrmica. Cunta energa se pierde cada segundo porcalor cuando el vapor est a 200C y el aire circundante

se encuentra a 20 C? El tubo tiene una circunferencia de20 cm y una longitud de 50 cm. Ignore las prdidas atravs de los extremos del tubo.

24,000 cal/s

f 2


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La pared de una plantacongeladora est compuesta

de 8 cmde tablero de corchoy 12 cmde concreto slido.La superficie interior est a -200Cy la superficie exterior a

+250

C. Cul es latemperatura de la interfaz ti?k = 0.04 J/s m C0y k =0.8J/s m C0 ,respectivamente

ti

250C-200C

8 cm 12 cm

Flujoestacionario

Concretocorcho

ti= 21.90C

Una caja con un rea de superficie total de 1.20 m2yuna pared de 4.00 cm de espesor est hecha con unmaterial aislante. Un calefactor elctrico de 10.0 Wdentro de la caja mantiene la temperatura interior a

15.0 C sobre la temperatura exterior. Encuentre laconductividad trmica k del material aislante.


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6 m

250C 400C 4 m

*

0.15 m

El techo de concreto de una casa mide 4 x 6 m de 0.15 m de espesor. La temperaturaen el exterior es de 400C y en el interior es de 250C. La kdel concreto es de 0.8 w/mk.

(a) evale la razn de la transmisin de calor del techo. (b) El costo el dueo de la casasi se usa un aparato que mantiene esas condiciones del interior por 8 horas cuando laenerga tiene un costo de $0.694 el Kw/hr.

Clculo del flujo de calor a travs del tabique de una habitacin, de 34cm de espesor, siendo las temperaturas interior y exterior de 22 C y 5C respectivamente. Tmese como valor de la conductividad k= 0.25

Wm-1K -1.


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PERFIL DE TEMPERATURA


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CONDUCCIN EN UNA BARRA

Aislante

Flujo de

energa

L

T1

T2

T2>T1

L

TT

dx

dT12

L

TTkAP 12


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CONDUCTIVIDADES TRMICASSustancia

Metales (a 25C) Conductividad trmica (W/m c)

Aluminio

Cobre

Oro

Hierro

Plomo

Plata

238

397

314

79.5

34.7

427

No metales (valores aproximados)

Asbestos

Concreto

Diamante

Vidrio

Hielo

Caucho

Agua

Madera

0.08

0.8

2300

0.8

2

0.2

0.6

0.08

Gases (a 20C)

Aire

Helio

Hidrgeno

Nitrgeno

Oxgeno

0.0234

0.138

0.172

0.0234

0.0238


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Resistencias trmicas

Cuando el calor se transfiere a travs de una pared aparece una

resistencia a la conduccin

x

TTk

A

P12

x

T1 T2 x/kTT12

Conductividad

R

TT12

R

T

Resistencia trmica en W-1m2K

Similitud con circuitos elctricos

R

I

0V R

VI 0

R

T

A

Q

A

m

b

i

e

n

t

a

l

F

s

i

c

a


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EjemploCalclese la resistencia trmica de lapared de un refrigerador, formada por trescapas de material, cuyos espesores son,de dentro afuera 2 cm, 10 cm y 3 cm. Lasconductividades trmicas de los tresmateriales son, respectivamente, 0.25,0.05 y 0.20 W m-1 K-1.

2 10 3(cm)

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