Conceptos Tranferencia De Calor

Conceptos básicos

Escriba las unidades de las siguientes variables en Sistema Internacional e Inglés y explique su significado físico.

Energía interna: Magnitud que se designa a la energía almacenada por un sistema de partículas, esta es resultado de la energía cinética de los átomos (rotación, traslación, vibración). Es una función de estado y esta solo depende de la temperatura, es posible conocer únicamente el cambio de esta (ΔU), las unidades con las que se representa son S.I. J/kg y en sistema ingles Btu/lb.

Trabajo termodinámico: Energía que se transfiere entre un sistema y su entrono cuando entre ambos se ejerce una fuerza. Junto con el calor son las únicas formas en las que la energía cruza de un sistema a otro, por lo tanto ni el calor ni el trabajo pueden existir como energía almacenada. Dicho en otras palabras es una cantidad transitoria que aparece en la frontera cuando el sistema cambia su estado debido al movimiento de una parte de la frontera ante la acción de una fuerza. Este se representa con las siguientes unidades J, HP, W.

Entalpía: Es la suma de la energía interna y el producto de la presión por volumen (H= ΔU+PV) y es la cantidad de energía que se pone en movimiento o en acción cuando se genera presión constante sobre un determinado material. Dicho en otras palabras es la suma de todas las energías suministradas a la masa de un material para mantenerla en su estado actual con respecto a una condición inicial. Se representa con las siguientes unidades KJ/kg y Kcal/lb.

Entropía: Es una función de una cantidad de calor que muestra la posibilidad de conversión de ese calor a trabajo, esta predice la dirección natural o cambio espontaneo de una reacción.

Es una expresión de la energía total transferida a un material por grado de temperatura absoluta para llevar a un material a su condición real desde un punto de referencia cero. Se define como la energía no aprovechable para realizar un trabajo. Unidades: J/K, Btu/ᵒF.

Cantidad de calor: Es la cantidad de energía cedida entre un sistema y sus alrededores debido a una diferencia de temperatura. Unidades: J, Btu.

Flujo de calor: Es la transferencia de calor por unidad de área, es la velocidad con la que se transfiere el calor en la dirección x por área unitaria perpendicular a la dirección de la transferencia. El flujo de calor es representado usualmente con la letra qx y sus unidad más común es el W.

Velocidad de transferencia de calor: Es la velocidad con la cual un cierto material transferirá calor a otro.

Temperatura: estado térmico de un cuerpo que distingue a un cuerpo caliente de uno frío. Es proporcional a la energía molecular almacenada, es decir la energía cinética molecular promedio, también se conoce como la fuerza impulsora para transferir energía como calor. Unidades: ᵒC, ᵒF, K.

Calor específico: calor requerido para aumentar a una masa unitaria un grado de temperatura. Unidades: J/Kg K, cal/g ᵒC.

Conductividad térmica: Propiedad característica de cada material que nos indica la capacidad que tiene para transferir calor por conducción. Unidades: W/m K, Btu/ h ft ᵒF.

Coeficiente convectivo: Parámetro térmico que representa la capacidad que tienen los líquidos y gases para transferir calor por convección debido al movimiento de partículas. Unidades: W/m2K, Btu/h ft2 ᵒF.

Difusividad térmica: Propiedad térmica característica de los materiales que representa la velocidad con la que el calor genera un cambio de temperatura entre la superficie y el centro térmico. Unidades: m2/s, ft2/s.

Coeficiente global de transferencia de calor: Resistencia térmica total para la transferencia de calor entre dos fluidos. Unidades: W/m2 K y Btu/h ft2 °F

Calor sensible: Calor que solo genera un cambio de temperatura, es la energía que percibe un cuerpo sin cambiar su estado físico y por lo tanto aumentando su temperatura. Unidades: J/kg, Btu/lbm

Calor latente: Cantidad de energía que se requiere para generar un cambio de estado físico, sin aumento de temperatura. Unidades: J/kg, Btu/lbm

Explique la relación termodinámica que tiene el flujo de calor con H, S y Cp.

El flujo de calor es necesario para determinar el calor específico, ya que no se puede calentar una masa unitaria un grado, sin que haya un flujo de calor de un medio hacia el sistema. De igual la entalpía amentara ya que se necesitara más energía para que el sistema se encuentre en su estado actual.

¿Qué es un proceso termodinámico?

Es una transformación en la cual se pasa de de una estado inicial de equilibrio a otro de equilibrio, la trayectoria que se toma es de suma importancia. En un proceso termodinámico se estudia el movimiento de la energía en un tiempo dado, este movimiento se evalúa según el mecanismo por el cual se efectúa el cambio.

¿Qué es un proceso térmico?

Transformación debida al movimiento de energía, no es importante la trayectoria del proceso, solo el estado inicial y final. Usualmente se utilizan para la conservación de productos.

Explique la relación y las diferencias existentes entre Calor y temperatura.

La temperatura se basa en el proceso de transformación de energía pero no es la parte de energía que se transfiere, el calor es la forma de energía que fluye de un cuerpo a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

Explique cómo se mide la cantidad de calor y la temperatura y en que se fundamentan.

La temperatura se mide usualmente en función de las propiedades de líquidos o metales. Ejemplos de estos instrumentos son el termómetro, este cotidianamente es de mercurio y este se pone en contacto con el sistema y alcanza el equilibrio térmico, se basa en la ley cero de la termodinámica. El termopar es otro instrumento, este se basa en un voltaje eléctrico producido por la unión de conductores diferente y que cambia con la temperatura. El termógrafo, en este el órgano sensible es un bimetálico (anillo abierto de dos metales con diferente coeficiente de dilatación) de acuerdo con los aumentos y disminuciones de temperatura el órgano se abre y cierra, este movimiento es transmitido a una pluma que grafica las variaciones de esta.

La cantidad de calor se mide usualmente con un calorímetro este sirve para medir las cantidades de calor suministradas o recibidas por los cuerpos. Es un recipiente con agua a una temperatura inicial, en la cual se introduce el material al cual se le desea saber el calor cedido. Existen varios tipos: adiabático, de carga seca, entre otros.

Escriba cuales son las leyes que rigen los diferentes mecanismos de transferencia de calor, y describa

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