UNIDAD II: Fundamentos de Transferencia de calor.

  OBJETIVOS

Aplicar los conceptos Básicos de los mecanismos de transferencia de calor. Promover el orden, la disciplina y el respeto entre los compañeros de clases.

Contenidos Mecanismos de Transferencia de calor

. ¿Qué es transferencia de calor? Es un proceso dinámico durante el cual se transmite calor desde una sustancia caliente a otra más fría. Es el estudio de las velocidades a las cuales el calor se intercambia entre fuentes de calor y recibidores, tratados de manera independiente. ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor? Conducción. Convección. Radiación.

Explique como ocurre la transferencia de calor por conducción: Esta ocurre a través de una material fijo. Flujo de calor circula a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras que los materiales no metálicos son conductores térmicos imperfectos.

Lo que ocurre en realidad es que las moléculas con una velocidad más alta chocan con las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su energía a las moléculas con menos energía en las regiones más frías del sistema. Las moléculas que absorben el excedente de energía también adquirirán una mayor velocidad vibratoria y generarán más calor (energía potencial absorbe calor- <--> energía cinética -emite calor). (Nahle, 2006)

¿Qué es conductividad térmica? La conductancia es la cantidad de calor que pasaría por unidad de tiempo, a través de una unidad de área de un material de espesor dado, sometido a la unidad de diferencia de temperatura. Esta se puede determinar por medio de la ecuación : C = k/x

Cuando esta (C) se reporta por una cantidad de material de un grueso con una área de flujo de un pie2, la unidad de tiempo 1h y la diferencia de temperatura de 1 oF, se llama conductividad térmica k. C = k A/x: A área x: Grueso del material K: conductividad térmica

Conductividad térmica Material K (W/m K) Material K (W/m K) Diamante 1000 Plata 406.0 Cobre 385.0 Oro 314 Aluminio 205.0 Hierro 7 9.5 Plomo 34.7 Mercurio 8.3 Hielo 1.6 Agua a 20±C 0.6 Fibra de vid. 0.04 Ladrillo (aisl.) 0.15 Ladrillo 0.6 Corcho 0.04 Poliestireno 0.033 Poliuretano 0.02 Madera 0.12-0.04 Aire a 0±C 0.024 Helio (20±C) 0.138 Hidrógeno (20±C) 0.172 Nitrógeno(20±C) 0.0234 Oxígeno (20±C) 0.0238 Tomado de Young, Hugh D., University Physics, 7th Ed. Table 15-5 y del CRC Handbook of Chemistry and Physics. Tema I – F´ısica 1er curso CCAA – http://www.uhu.es/gem/docencia/fisica-ccaa/– p. 19

¿Como influye la temperatura y la presión en la conductividad térmica? La conductividad térmica de los sólidos es mayor que la de los líquidos, la que a su vez es mayor que la de gases. La K para muchos líquidos decrece con el aumento de la temperatura. La K para muchos gases y vapores aumenta con el aumento de la temperatura

En cuanto a la presión: la influencia de la presión en sólidos y líquidos es depreciable. La influencia de la presión en gases es pequeña, excepto a vacios muy bajos.

Explique como ocurre la transferencia de calor por convección: Es la transferencia de calor entre partes relativamente calientes y frías de un fluido por medio de mezclas. Esta se debe al movimiento del fluido. El fluido frio adyacente a superficies calientes recibe calor que luego se transfiere al resto del fluido frio mezclándose con el.

convección Es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa.

Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen más caliente). Mediante este mecanismo los volúmenes más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).

Explique como ocurre la transferencia de calor por radiación: Involucra la transferencia de energía radiante desde una fuente a un recibidor.

Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.

Enumere las aplicaciones de la transferencia de calor en los procesos agroindustriales. Explique al menos uno

Conducción a través de una lamina Conducción a través de una lamina. q = k A (t1 – t2)/x Para calcular la velocidad de Tc a través de una pared uniforme

Una lamina de hierro de 30 cm de espesor tiene una cara a -15 oC y la otra a 30 oC ¿Cuál es la velocidad de transferencia de calor a través de 0,2 m2? Considere que la conductividad térmica es la media para este material.

Bibliografía Earle, R. (sa). Ingeniería de los Alimentos. Zaragoza: Acribia. Geankopolis, C. J. (1993). Procesos de Transporte y Operaciones Unitarias. México: CECSA. Kern, D. (2006). Procesos de Transferencia de Calor. México: Continental. McCabe, W. L. (2002). Operaciones Unitarias en Ingeniería Química. México: Mc Graw Hill.

Nahle, N. (2006). biocab.org. Recuperado el 26 de Marzo de 2009, de biocab.org: http:www.biocab.org/Transferencia_Calor.html.

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