TEMA 1 U1_IM414

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IM414-Transferencia de Calor
¿Qué es la Transferencia de Calor?
• La transferencia de calor (o calor) es energía térmica en tránsito debido a una
diferencia de temperatura espacial.
Condición de Transferencia de calor:
Para la transferencia de calor es necesario diferencia de Temperatura, transmitiéndose
el calor de los cuerpos de mayor temperatura a los de menor
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
Temperatura:
• El calor es una forma de energía (Trabajo).
Intensidad
2.- Conceptos Generales (I)
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
• El calor se define por:
2.- Conceptos Generales (I)
• Sistemas de calefacción 
• Aire acondicionado 
• Refrigeradores 
• Congeladores 
• Calentadores de agua 
• Planchas
Campos de aplicación de la transferencia de calor:
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
Energía Interna
• Energía interna se le conoce a las formas de energía relacionadas con la estructura
molecular de un sistema y con el grado de actividad molecular.
• La energía interna se considera como la suma de energías cinética y potencial de
las moléculas.
• La parte de la energía interna que esta asociada con la energía cinética de la
moléculas se conoce como energía sensible.
• La energía interna asociada con el cambio de fase de un sistema se llama calor
latente
2.- Conceptos Generales (I)
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
Energía Interna: Gases Ideales y Calor específico
Los cambios finitos en la energía interna y la entalpía
de un gas ideal se pueden expresar en términos de los
calores específicos como:
2.- Conceptos Generales (I)
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
La energía interna u representa la
energía microscópica de un fluido que
no está fluyendo
La entalpía h representa la energía 
microscópica de un fluido que fluye.
Transferencia de la energía
La energía se puede transferir hacia una masa dada, o de ésta, por dos mecanismos:
calor Q y trabajo W.
Calor Q: la energía es transferida en forma de calor si la fuerza impulsora es una
diferencia de temperatura.
Trabajo W: (Un pistón que sube, una flecha rotatoria, y un alambre eléctrico) que
crucen la frontera del sistema son formas de trabajo W.
2.- Conceptos Generales (I)
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
Cuando existe un gradiente
de T en un medio
estacionario (Solido/fluido),
utilizamos en término
Conducción
El término Convección se
refiere a la transferencia de
calor que ocurrirá entre una
superficie y un fluido en
movimiento cuando existe ∆T
Se denomina Radiación térmica.
Todas las superficies con temperatura
finita emiten energía en forma de
ondas electromagnéticas. En ausencia
de un medio, existe TC por radiación
3.1.- Conducción
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.1.- Conducción
La rapidez o razón de la conducción de calor a través de
un medio depende de la configuración geométrica de
éste, su espesor y el material de que esté hecho, así
como de la diferencia de temperatura a través de él.
ሶ
En el caso límite de , la ecuación que acaba de
darse se reduce a la forma diferencial
ሶ
Ley de Fourier.
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.1.- Conducción
ሶ
En el análisis de la conducción del calor
A representa el área perpendicular a la dirección de
transferencia de calor. ( )
k conductividad térmica y es una
característica del material
ሶ
La rapidez o razón de la conducción de
calor por unidad de área
• Gases, Líquidos y Aislantes:
Bajas conductividades térmicas
• Solidos no metálicos : Intermedias
conductividades térmicas
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
• Solidos no metálicos : Intermedias
conductividades térmicas
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.1.1- Conductividad Térmica
• Solidos metales y Cristales no
metálicos: Altas conductividades
térmicas
La pared de un horno industrial se construye con ladrillo de arcilla refractaria de 0.15 m
de espesor, que tiene una conductividad térmica de 1.7 W/m.K. Mediciones realizadas
durante la operación en estado estable revelan temperaturas de 1400 y 1150 K en las
superficies internas y externas respectivamente. ¿Cuál es la velocidad de pérdida de
calor a través de una pared que tiene 0.5 m por 3 m de lado?
ሶ
El techo de una casa calentada eléctricamente tiene 6 m de largo, 8 m de ancho y 0.25 m de
espesor y está hecha de una capa de concreto cuya conductividad térmica es k 0.8 W/m. K. Las
temperaturas de las superficies interior y exterior se miden como de 15 C y 4 C,
respectivamente, durante un periodo de 10 horas. Determine
a) la razón de la pérdida de calor a través del techo esa noche y
b) el costo de esa pérdida de calor para el propietario de la casa, si el costo de la electricidad
es de 0.08 dólar/kWh.
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.1.- Conducción
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.1.2- Difusividad Térmica
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el 
liquido o gas adyacente que esta en movimiento y comprende los efectos combinados 
de la conducción y el movimiento de fluidos. 
En la ausencia de cualquier movimiento masivo de fluido, la transferencia de calor
entre la superficie sólida y el fluido adyacente es por conducción pura.
Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor
es la transferencia de calor por convección.
ሶ
La presencia de movimiento masivo del fluido
acrecienta la transferencia de calor entre la superficie
sólida y el fluido, pero también complica la
determinación de las razones de esa transferencia.
3.2- Convección
ሶ
ሶ
ሶ
Ley de Newton Newton del enfriamiento.
ሶ
La rapidez o razón de la
convección de calor
La rapidez o razón de la conducción de
calor por unidad de área
3.2- Convección
ሶ
Convección Natural.
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
la convección recibe el nombre de convección
natural si el movimiento del fluido es causado por
las fuerzas de empuje que son inducidas por
diferencias de densidad debidas a la variación de
temperatura del fluido.
3.2- Convección
Convección.
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
3.2- Convección
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
La radiación es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas
como resultado de los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos y las
moléculas. La energía transferida por radiación no requiere de medio interventor.
Radiación térmica: es la forma de radiación emitida por los cuerpos debido a su
temperatura.
3.3- Radiación
ሶ
En el análisis de la Radiación
representa el área superficial a través de la cual tiene lugar
la transferencia de calor por radiación. ( )
constante de Stefan-Boltzmann
ሶ
3.3.1- Emisividad y Absortividad
Emisividad es una medida de cuán próxima está una superficie de ser un cuerpo negro, 
para el cual = 1.
Otra importante propiedad relativa a la radiación
de una superficie es su absortividad , la cual es
la fracción de la energía de radiación incidente
sobre una superficie que es absorbida por ésta.
Como la emisividad, su valor está en el intervalo
0 < 1.
ሶ
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
4.- Relación con la Termodinámica 
En este punto es conveniente notar las diferencias fundamentales entre TC y
termodinámica. Aunque la termodinámica trata de la interacción del calor y del papel
vital que ésta desempeña en la primera y segunda leyes, no considera los mecanismos
que realizan el intercambio de calor ni los modos que existen para calcular la velocidad
de este intercambio.
Termodinámica
Trata de estados en equilibrio de la materia, donde un estado de
equilibrio excluye la existencia de un gradiente de Temp.
Aunque sirve para determinar la cantidad de energía quese
requiere en forma de calor para que un sistema pase de un
estado de equilibrio a otro, no reconoce que la TC es un
proceso de no equilibrio
4.1- 1era. Ley de la Termodinámica 
La primera ley de la termodinámica, también conocida como principio de
conservación de la energía, expresa que en el curso de un proceso, la energía no se
puede crear ni destruir; sólo puede cambiar las formas. Por lo tanto, toda pequeña
cantidad de energía debe tomarse en cuenta en el curso de un proceso.
Balance de energía
Energía Total que
entra en el sistema
Energía Total que
sale del sistema
ሶ ሶ ሶ
Tema 1: Introducción a la Transferencia de Calor
4.1- 1era. Ley de la Termodinámica 
En el análisis de la transferencia de calor, es usual tener interés únicamente en las
formas de energía que se pueden transferir como resultado de una diferencia de
temperatura; es decir, el calor o energía térmica. En esos casos resulta conveniente
escribir un balance de calor y tratar la conversión de las energías nuclear, química,
mecánica y eléctrica hacia energía térmica como generación de calor. En ese caso, el
balance de energía se puede expresar como.
ሶ ሶ
Sistema Cerrado
Superficie
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