PPT 7 TRANSFERENCIA

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Dr: Astuñaupa Balvin Victor 
SESIÓN:7 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
TERMODINÁMICA
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INTRODUCCIÓN
En esta sesión veremos la transferencia de calor por convección, conducción y por radiación, y los equipos de transferencia de calor como los intercambiadores de calor así mismo la segunda ley. 
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CAPACIDAD
Aplica el balance de energía calorífica aplicando los principios de la segunda ley
https://www.youtube.com/watch?v=bk-2psGBRG4
VIDEO: PLACAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR 
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Transferencia de calor 
Equipos y sistemas de transferencia de calor
Segunda ley 
CONTENIDO TEMÁTICO
CALOR
Es la forma de la energía que se puede transferir de un sistema al entorno (o viceversa) como resultado de la diferencia entre sus temperaturas 
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Se puede calcular la cantidad de calor para un propósito dado
La velocidad de transferencia de calor o taza de cambio de calor 
c: Calor especifico 
C: Capacidad Calorífica 
Unidades de c: kcal/kg°C cal/g°C 
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El término calor significa simplemente transferencia de calor 
La energía se reconoce como transferencia de calor sólo cuando cruza las fronteras del sistema 
Un proceso durante el cual no hay transferencia de calor se denomina proceso adiabático 
La transferencia de calor es el intercambio de las formas sensible y latente de la energía interna entre dos medios, como resultado de una diferencia de temperatura 
TRANSFERENCIA DE CALOR 
MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
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TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION
Cuando existe un gradiente de temperatura hay una transferencia de energía de la región de alta temperatura a la de baja temperatura. Decimos que la energía es transferida por conducción y que la rapidez de transferencia de energía por unidad de área es proporcional al gradiente normal de temperatura:
Se le llama la ley de conducción de calor de Fourier
k : se le llama la conductividad térmica del material
 
c = calor específico del material 
ρ= densidad
La ecuación de conducción de calor unidimensional
La ecuación general de conducción de calor tridimensional es
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El balance de energía
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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.
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION
coordenadas cilíndricas
coordenadas esféricas:
Flujo de calor unidimensional en estado estacionario (sin generación de calor
Flujo, de calor unidimensional en estado estacionario en coordenadas cilíndricas (sin generación de calor):
Flujo de calor unidimensional en estado estacionario con fuentes de calor:
Conducción bidimensional en estado estacionario sin fuentes de calor:
	Materiales de construcción	k 
(W/m OC)
	Asbesto	0.151 – 0.190
	Ladrillo contrucción	0.69
	Ladrillo refractario	0.47 – 1.05
	Concreto	0.762
	Corcho	0.0433
	Fieltro de lana	0.052
	Vidrio ventana	0.521
	Lana de vidrio	0.031-0.055
	Hielo	2.25
	Roble	0.208
	Pino	0.151
	Papel	0.13
	Caucho duro	0.151
	Arena	1.51 – 2.16
	Lana	0.036
	Sustancias
	k
(W/m OC)
	Acero	47
	Agua	0.58
	Aire	0.02
	Alcohol	0.16
	Aluminio	210
	Bronce	116 - 186
	Zinc	106 - 140
	Madera	0.13
	Fibra de vidrio	0.03 – 0.07
	Hierro	80.2
	Mercurio	83.7
	Oro	308.2
	Plata	410
	Cobre	375
	Diamante	2300
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k 
(W/m2. oC)
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Una placa de metal caliente se enfría con mayor rapidez cuando se le coloca frente a un ventilador, que cuando se le expone a un aire en reposo. 
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
decimos que el calor se disipó por convección y llamamos al proceso transferencia de calor por convección. 
La convección es el modo de transferencia de energía entre una superficie sólida y el líquido o gas adyacentes que están en movimiento y comprende los
efectos combinados de la conducción y el movimiento de fluidos. 
Entre más rápido es el movimiento de un fluido, mayor es la transferencia de calor por convección 
Convección libre o natural: el movimiento del fluido ocurre solamente por la diferencia de densidades provocada por el calor que gana el fluido adyacente a la superficie caliente y que transfiere a las zonas frías
Convección forzada: el movimiento del fluido se incrementa por agitación mecánica, es decir, dándole al fluido velocidad mediante un medio externo
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
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h: coeficiente convectivo (W/m2. oC)
depende del medio
	 de la geometría de la superficie A
 de las propiedades del fluido
Ley de Newton del enfriamiento
TS : temperatura en la superficie
T : temperatura del fluido alejado de la superficie
A : área de transferencia de calor
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
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Es la transferencia de calor emitida por ondas electromagnéticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiación ultravioleta que no requieren un medio para transferirse, como en conducción y convección
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
Un cuerpo caliente emite radiación térmica. Las ondas, se desplazan hasta un cuerpo frío. Parte de las ondas que chocan con el cuerpo frío es absorbido por éste en forma de calor.
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La máxima velocidad de transferencia de calor por radiación es:
Proporcional al área (A)
Aumenta con la temperatura (T en Kelvin) según la cuarta potencia
A este valor se le llama radiación de cuerpo negro
  Constante de Stephan-Boltzmann 
  = 5.67 x 10-8 W / m2 . K4
Ley de Stephan-Boltzmann
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
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La razón máxima de la radiación que se puede emitir desde una superficie a una temperatura termodinámica Ts (en K o R) es expresada por: 
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
La radiación que emiten todas las superficies reales es menor que la emitida por un cuerpo negro a la misma temperatura. Se expresa: 
La emisividad  suele ser mayor para superficies oscuras que claras
Esta propiedad de la emisividad, cuyo valor está entre 0 y 1, es una medida de qué tan cerca está una superficie al comportamiento de un cuerpo negro
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La ley de Kirchhoff de la radiación
afirma que la emisividad y la absortividad de una superficie a una temperatura y longitud de onda dadas son iguales 
La razón a la cual una superficie absorbe
la radiación se determina a partir de 
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La razón neta de la transferencia de calor por radiación entre estas dos superficies 
Transferencia de calor por radiación
entre una superficie y las superficies que
la circundan 
La razón total de transferencia de calor hacia una superficie, o desde ésta, por convección y radiación se expresa como 
Coeficiente combinado de transferencia de calor, hcombinado, que incluye los efectos tanto de la convección como de la radiación 
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Una bola de cobre de 10 cm de diámetro se va a calentar desde 100°C hasta una temperatura promedio de 150°C, en 30 minutos. Tomando la
densidad y el calor específico promedios del cobre en este rango de temperatura como ρ= 8 950 kg/m3 y cp = 0.395 kJ/kg · °C, respectivamente, determine. a) la cantidad total de transferencia de calor a la bola de cobre, b) la razón promedio de transferencia del calor a la bola y c) el flujo promedio de calor 
a)
Ejemplo1. 
Transferencia de energía al sistema = Aumento de energía del sistema 
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la razón promedio de transferencia del calor a la bola 
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c) el flujo promedio de calor 
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Considere una persona que está parada en un cuarto con brisa a 20°C. Determine la razón total de transferencia de calor desde esta persona, si el área superficial expuesta y la temperatura promedio de la superficie exterior de ella son de 1.6 m2 y 29°C, respectivamente, y el coeficiente de transferencia de calor por convección es de 6 W/m2 · °C 
Ejercicio 2
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El “escalofrío” en invierno y “bochorno” en
el verano se debe al llamado “efecto de radiación”, resultante del intercambio de calor por radiación entre nuestros cuerpos y las superficies circundantes de las paredes y el techo 
Considere una persona que está parada en un cuarto mantenido a 22°C en todo momento. Se observa que las superficies interiores de las paredes, pisos y el
techo de la casa se encuentran a una temperatura promedio de 10°C, en invierno, y de 25°C, en verano. Determine la razón de transferencia de calor por radiación entre esta persona y las superficies circundantes, si el área superficial
expuesta y la temperatura promedio de la superficie exterior de ella son de 1.4
m2 y 30°C, respectivamente 
Ejercicio 3
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Las superficies interior y exterior de un muro de ladrillos de 4 m x 7 m, con espesor de 30 cm y conductividad térmica de 0.69 W/m · K, se mantienen a las temperaturas de 20°C y 5°C, respectivamente. Determine la razón de la transferencia de calor a través del muro, en W 
Ejercicio 4
Transferencia de calor por conducción a través de paredes planas en serie
xB
xA
xC
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Es decir: QA = QB = QC
Donde cada resistencia térmica se calcula según:
 Xi
Ri = 
 ki A
En régimen estable el calor se difunde a LA MISMA VELOCIDAD en cada una de las paredes
Conducción a través de paredes planas en serie
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Q
Transferencia de calor por conducción y convección a través de paredes planas en serie
Red de resistencias térmicas para la transferencia de calor a través de una pared plana de dos capas sujetas a convección sobre ambos lados
L  espesor de la pared (x)
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Equipo de transferencia de calor como los intercambiadores de calor, las
calderas, los condensadores, los radiadores, los calentadores, los hornos, los refrigeradores y los colectores solares 
EQUÍPOS Y SISTEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Intercambiador de calor de aletas del evaporador para el refrigerador watercoole
Calderas Industriales horizontal Generador de vapor 
Un intercambiador de calor, es lograr el cambio de fase
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LÍQUIDO DE TRANSFERENCIA DE CALOR ADECUADO 
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SEGUNDA LEY
Un proceso no puede ocurrir a menos que satisfaga tanto la primera ley de la termodinámica como la segunda.
El uso de la segunda ley de la termodinámica no se limita a identificar la dirección de los procesos, también afirma que la energía tiene calidad así como cantidad.
Transferir calor a una rueda de paletas no hará que ésta gire.
Transferir calor a un alambre no generará electricidad.
Una tasa de café caliente no se pondrá más caliente en una habitación más fría
UN SOLO SENTIDO 
Los procesos ocurren en una cierta dirección y no en la dirección contraria.
satisface la primera ley
	Código de biblioteca	LIBROS/REVISTAS/ARTÍCULOS/TESIS/PÁGINAS WEB.TEXTO
	536.7/C43a
 	YUNUS &BOLES, Gen gel-Michael. “Termodinámica”. 5ª. Edición. México-Editorial Mc Graw Hill-2006-990 p- ISBN: 970-10-5611-6
	536.7-R7
 	- ROLLE, Kart:”Termodinámica”-6ª.Edición-México- Editorial Pearson Educación- 2006- 768 p.- ISBN: 970-26-0757-4
 
	536.7-W26
 	-KENNETH & DONAL, Wark-Richards:”Termodinámica”-6ª- Edición- España-McGraw Hill- 2001- 1048 p.-ISBN: 84-481-2829-X
 
	 	http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica/estadistica/termo/Termo.html
 
	 	 https://deisysegura.wordpress.com/fisica-termodinamica/calor/4-e-la-primera-ley-de-la-termodinamica-aplicaciones-de-la-primera-ley/
	 	 https://www.grc.nasa.gov/www/k-12/airplane/glussac.html
https://www.youtube.com/watch?v=pfwXsZcnbdE
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