Post on 18-Jun-2015
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TRANSMISIÓN DEL CALOR
• CONDUCCIÓN• CONVECCIÓN• RADIACIÓN
DE TRANSPORTE
FENOMENO
Conductividad calorifica
Se ha visto que los diferentes materiales almacenan calor en forma diferente y se ha
definido la propiedad de calor especifico Cp como una medida de la capacidad de un material
para almacenar energía térmica por ejemplo Cp=4.18KJ/KgºC para el agua ,y
Cp=0.45KJ/KgºC para el hierro a la temperatura ambiente,
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FENOMENO
Conductividad calorífica
• indica que el agua puede almacenar casi 10veces mas energía que el hierro por unidad de masa del mismo modo ,
la conductividad térmica k es una medida d e capacidad de un material para conducir el calor por ejemplo k=0.607W/cm para el agua y K=80.2W/cm para
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FENOMENO
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Concepto de flujo
Una magnitud física...A
Carácter vectorial...Una superficie...
S
Flujo de A a través de la superficieS
A
SA
cos SA CANTIDADESCALAR
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FENOMENO
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Sentido físico de distintos tipos de flujo
Transporte de partículas: El flujo es el número de partículas transportadas por unidad de tiempo
volumenunidad
partículasnumero
n
v
x
t N Número de partículas queatraviesan la superficie enel intervalo t
S
N = nSx
x = vt
N = nSvt
vSntN 3
m
partículasnumero
s
m2ms
partículasnumero
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Flujo de calor
Energía que atraviesa una superficie por unidad de tiempo Potencia
http://ps1.eis.uva.es/java/carinuri/pagshtml/dcha_ter.htm#FlucalUnidades relacionadas con calor
EnergíaTiempo
Potencia =watios
Densidad de flujo
Potencia que atraviesa una superficie por unidad de tiempo y unidad de área A
PotenciaÁrea
Watios/m2
dx
dTkAQ
dxdT
kAQ
x)(xTT
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Mecanismos de transmisón de calor
Conducción: transferencia de energía desde cada porción de materia a la materia adyacente por contacto directo, sin intercambio, mezcla o flujo de cualquier material.
Convección: transferencia de energía mediante la mezcla íntima de distintas partes del material: se produce mezclado e intercambio de materia.
Convección natural: el origen del mezclado es la diferencia de densidades que acarrea una diferencia de temperatura.
Convección forzada: la causa del mezclado es un agitador mecánico o una diferencia de presión (ventiladores, compresores...) impuesta externamente.
Radiación: transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.
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FENOMENO
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http://www.gcsescience.com/pen5.htm
La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en los medios sólidos opacos.
Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura debido al contacto directo entre moléculas.
CONDUCCIÓN
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FENOMENO
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http://www.jhu.edu/~virtlab/conduct/conduct.htmExperimento virtual de conducción del calor
Conducción Ley de Fourier: determinación del flujo de calor
dx
dTkAQx
(Estado estacionario)
Calor difundido por unidad de tiempo
Conductividad térmica (W·m-1·grado -1): calor que atraviesa en la dirección x un espesor de 1 m del material como consecuencia de una diferencia de 1 grado entre los extremos opuestos
Superficie (m2): superficie a través de la cual tiene lugar la transmisión de calor
Gradiente de temperatura (grados/m): variación de la temperatura en la dirección indicada por x.
X
xQ
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Conductividades térmicas de algunos materialesa temperatura ambiente
k
Buenos conductores
Malos conductores
La conductividadtérmica cambia conel estado de agregación
... pero la capacidad de transporte de calor no depende sólo de la conducción
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http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/heatra.html
Conductividad térmica
Área A
Espesor
Calor transferido en el tiempo t
EJEMPLO 1:CONDUCCIÓN DEL CALOR (Placa plana)
t
Integración de la ecuación de Fourier
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Cálculo del flujo de calor a través del tabique de una habitación, de 34 cm de espesor, siendo las temperaturas interior y exterior de 22 ºC y 5 ºC respectivamente. Tómese como valor de la conductividad k = 0.25 W·m-1·K -1.
15034.0
522
mKxx
TT
dxdT
fueradentro
fueradentro
25.125025.0 mWdxdT
kSQ
Gradiente de temperaturas
Densidad de flujoTfuera
xdentro
xfuera
Gradiente de temperaturas constante la temperatura varía linealmente
Gradiente de temperaturas constante densidad de flujo constante
0.34 m
dx
dT
S
Qx
Tdentro
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Resistencias térmicas
Cuando el calor se transfiere a través de una pared aparece una resistencia a la conducción
xTT
kAQ 12
x
T1T2 kx
TT
/12
Conductividad
RTT 12
RT
Resistencia térmica en W-1·m2·K
Similitud con circuitos eléctricos
R
I
0V R
VI 0
R
T
A
Q
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Cuando un fluido caliente se mueve en contacto con una superficie fría, el calor se transfiere hacia la pared a un ritmo que depende de las propiedades del fluido y si se mueve por convección natural, por flujo laminar o por flujo turbulento.
Convección
Convección natural Flujo laminar Flujo turbulento
Convección forzada
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CONVECCIÓN
• La convección es un fenómeno de transporte (materia y energía) que tiene su origen en diferencias de densidad.
• Cuando un fluido se calienta, se expande; en consecuencia su densidad disminuye.
• Si una capa de material más fría y más densa se encuentra encima del material caliente, entonces el material caliente asciende a través del material frío hasta la superficie.
• El material ascendente disipará su energía en el entorno, se enfriará y su densidad aumentará, con lo cual se hundirá reiniciando el proceso.
http://www.sunblock99.org.uk/sb99/people/KGalsgaa/convect.html
http://theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node76.html
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Ley de enfriamiento de Newton
ThATThAQ )(
Temperatura superficial Temperatura del fluido libre
Coeficiente deconvección
Superficie deintercambio
T superficial
T fluido libre
Capa límite T
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Valores típicos del coeficiente de convección
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http://orpheus.nascom.nasa.gov/~kucera/explore/lessons/convection.html
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