Mecanismos de Transferencia de calor

Presentación del tema: "Mecanismos de Transferencia de calor"— Transcripción de la presentación:

1 Mecanismos de Transferencia de calor
Presentación PowerPoint de Paul E. Tippens, Profesor de Física Southern Polytechnic State University © 2007

2 Transferencia de calor por conducción
Conducción es el proceso por el que la energía térmica se transfiere mediante colisiones moleculares adyacentes dentro de un material. El medio en sí no se mueve. Conducción Dirección De caliente a frío.

3 Transferencia de calor por convección
Convección es el proceso por el que la energía térmica se transfiere mediante el movimiento masivo real de un fluido calentado. El fluido calentado se eleva y luego se sustituye por fluido más frío, lo que produce corrientes de convección. Convección La geometría de las superficies calentadas (pared, techo, suelo) afecta significativamente la convección.

4 Transferencia de calor por radiación
Radiación es el proceso por el que la energía térmica se transfiere mediante ondas electromagnéticas. Radiación Sol Atómico ¡No se requiere medio!

5 Unidades típicas son: J/s, cal/s y Btu/h
Corriente calorífica La corriente calorífica H se define como la cantidad de calor Q transferida por unidad de tiempo t en la dirección de mayor temperatura a menor temperatura. vapor hielo Unidades típicas son: J/s, cal/s y Btu/h

6 Conductividad térmica
Dt = t2 - t1 La conductividad térmica k de un material es una medida de su habilidad para conducir calor. H = corriente calorífica (J/s) A = área superficial (m2) Dt = diferencia de temperatura L = grosor del material

7 Las unidades SI para conductividad
Caliente Frío Para cobre: k = 385 J/s m C0 Taken literally, this means that for a 1-m length of copper whose cross section is 1 m2 and whose end points differ in temperature by 1 C0, heat will be conducted at the rate of 1 J/s. En unidades SI, por lo general mediciones pequeñas de longitud L y área A se deben convertir a metros y metros cuadrados, respectivamente, antes de sustituir en fórmulas.

8 Unidades antiguas de conductividad
Dt = 1 F0 L = 1 in. A=1 ft2 Q=1 Btu t = 1 h Unidades antiguas, todavía activas, usan mediciones comunes para área en ft2, tiempo en horas, longitud en pulgadas y cantidad de calor en Btu. k de vidrio = 5.6 Btu in/ft2h F0 Tomado literalmente, esto significa que, para una placa de vidrio de 1 in de espesor, cuya área es 1 ft2 y cuyos lados difieren en temperatura por 1 F0, el calor se conducirá a la tasa de 5.6 Btu/h.

9 Conductividades térmicas
A continuación se dan ejemplos de los dos sistemas de unidades para conductividades térmicas de materiales: Material Cobre: 385 2660 Concreto o vidrio: 0.800 5.6 Tablero de corcho: 0.040 0.30

10 Ejemplos de conductividad térmica
Comparación de corrientes caloríficas para condiciones similares: L = 1 cm (0.39 in); A = 1 m2 (10.8 ft2); Dt = 100 C0 2050 kJ/s 4980 Btu/h Aluminio: 3850 kJ/s 9360 Btu/h Cobre: Concreto o vidrio: 8.00 kJ/s 19.4 Btu/h Tablero de corcho: 0.400 kJ/s 9.72 Btu/h

11 Radiación La tasa de radiación R es la energía emitida por unidad de área por unidad de tiempo (potencia por unidad de área). Tasa de radiación (W/m2): Emisividad, e : < e < 1 Constante de Stefan-Boltzman: s = 5.67 x 10-8 W/m2·K4

12 Resumen de fórmulas

13 Ejemplos:

14 Ejemplo 1: Una gran ventana de vidrio mide 2 m de ancho y 6 m de alto
Ejemplo 1: Una gran ventana de vidrio mide 2 m de ancho y 6 m de alto. La superficie interior está a 20 0C y la superficie exterior a 12 0C. ¿Cuántos joules de calor pasan a través 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 200C 120C Dt = t2 - t1 = 8 C0 0.015 m A Q = ¿? t = 1 h Q = 18.4 MJ

15 Ejemplo 2: La pared de una planta congeladora está compuesta de 8 cm de tablero de corcho y 12 cm de concreto sólido. La superficie interior está a -200C y la superficie exterior a +250C. ¿Cuál es la temperatura de la interfaz ti? ti 250C -200C HA 8 cm 12 cm Flujo estacionario Nota: Tarea

16 Potencia radiada desde la superficie: P = 808 W
Encuentre potencia radiada Ejemplo 3: Una superficie esférica de 12 cm de radio se calienta a 627 0C. La emisividad es ¿Qué potencia se radia? A = m2 T = ; T = 900 K Potencia radiada desde la superficie: P = 808 W