UNIDAD II Fundamentos de Transferencia de calor OBJETIVOS

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 pie 2, la unidad de tiempo 1 h y la diferencia de temperatura de 1 o. F, 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) Diamante 1000 Cobre 385. 0 Aluminio 205. 0 Plomo 34. 7 Hielo 1. 6 Fibra de vid. 0. 04 Ladrillo 0. 6 Poliestireno 0. 033 Madera 0. 12 -0. 04 Helio (20±C) 0. 138 Nitrógeno(20±C) 0. 0234 Material Plata Oro Hierro Mercurio Agua a Ladrillo (aisl. ) Corcho Poliuretano Aire a 0±C Hidrógeno (20±C) Oxígeno (20±C) K (W/m K) 406. 0 314 7 9. 5 8. 3 20±C 0. 6 0. 15 0. 04 0. 024 0. 172 0. 0238 Tomado de Young, Hugh D. , University Physics, 7 th Ed. Table 15 -5 y del CRC Handbook of Chemistry and Physics. Tema I – F´ısica 1 er curso CCAA – http: //www. uhu. es/gem/docencia/fisica-ccaa/– p. 19

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

• En cuanto a la presión: o la influencia de la presión en sólidos y líquidos es depreciable. o 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. 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. q = k A (t 1 – t 2)/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 o. C y la otra a 30 o. C ¿Cuál es la velocidad de transferencia de calor a través de 0, 2 m 2? 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. • Mc. Cabe, 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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