Mecanismos de Transmisión de Calor
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Mecanismos de Transmisión de Calor
Silvia Alexandra Rivera Macias
Mayo 2019.
Universidad Nacional Abierta y a Distancia.
Valle del Cauca.
Transferencia de Calor.
Introducción
Transmisión de calor
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor temperatura al de menor temperatura. La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación.
Desarrollo de la actividad
Con el fin de refrigerar un alimento se construye un cuarto frío cuyas paredes están formadas por 5 milímetros de aluminio, 5cm de lana de vidrio, medio centímetro de caucho y finalmente 5 milímetros de aluminio. Si la temperatura en el interior del cuarto en promedio es de 2°C y en el exterior es de 18°C. Encontrar el flujo de calor por metro cuadrado de pared sabiendo que:
- Conductividad térmica del aluminio: 204 W/m k
- Conductividad térmica del caucho: 0,151 W/m k
- Conductividad térmica de la lana de vidrio: 0,040 W/m k
[pic 1]
La expresion de la Ley de Fourier para la transferencia de calor por convección es:
=
[pic 2]
Pasando a dividir el área, se encuentra el flujo de calor por metro cuadrado Q”
′′ = =
[pic 3][pic 4]
Reexpresando esta ultima ecuacion en terminos de resitencias termicas equivalentes
′′ = | ( 2 − 1) | ||||||||||
= | = | ||||||||||
ℎ | |||||||||||
∑ | + | + | + | ||||||||
ℎ |
Reemplazando valores en está ultima expresión:
′′ = | = | (18 | − 2)º | = 12,47 / 2 | |||||||||
5 × 10−3 | 0,05 | 5 | × 10−3 | 5 × 10−3 | |||||||||
( | + | + | + | ) | |||||||||
204 | 0,040 | 0,151 | 204 |
[pic 5]
. º
Es de aclarar que una diferencia de temperaturas en ºC es igual a una diferencia en K, por lo tanto las unidades W/mºC es equivalente a W/m.K
- Por un tubo de acero inoxidable de 2 pulgadas de diámetro circula vapor saturado a 300°F, si se encuentra recubierto por ½ pulgada de aislante para tubería y la temperatura del ambiente es de 72°F y el coeficiente de película h = 1,8 (T1-T2). Encontrar las pérdidas de calor por 1 ft de tubería y la temperatura sobre el aislante. Se puede considerar despreciable la resistencia al flujo de calor que ejerce la tubería. K aislante = 0,051Btu/hft°F
[pic 6]
La expresion de la Ley de Fourier para la transferencia de calor, teniendo en cuenta la convección y conducción es:
= ∑
[pic 7]
Remplazando las resistencias termicas
= | = | ( 1 −) | ||||||
∑ | 1 | + | 1 | |||||
2 | ||||||||
2 × ln ( | ) | 2 | 2√ 2 − 1 | |||||
1 |
Reemplazando valores en está ultima expresión y con T2 como 250 ºF:
= | (300 − 72)º | ||||||||||||
1 | + | 1 | |||||||||||
1/4 | 1 | ||||||||||||
2 (0,051 | ) (1 ) × ln ( | ) | |||||||||||
4 | |||||||||||||
ℎ. . º | 1/6 | 2 | |||||||||||
2 ( | ) (1 )√300 − 250 | ||||||||||||
2 | ℎ. 2º | ||||||||||||
= 28,95 | |||||||||||||
ℎ |
Como el flujo de calor es constante, analizando solo la parte de transferencia de calor por conducción
= | (300 − 2)º | |||||
1 | ||||||
1/4 | ||||||
2 (0,051 | ) (1 ) × ln ( | ) | ||||
ℎ. . º | 1/6 |
Despejando T2 , que sería la temperatura sobre el aislante
28,95 | |||||||||
2 = 300º − | ℎ | = 77,18º | |||||||
1 | |||||||||
2 (0,051 | ) (1 ) × ln ( | 4 | ) | ||||||
( | ℎ. . º | 1 | ) | ||||||
6 |
- Dos láminas rectangulares de 5 x 10 pies están paralelas y puestas directamente a 2 pies. Asumiendo que son cuerpos negros y la lámina 1 está a 300°F en tanto que la 2 se encuentra a 500°F. Determinar:
- La energía radiante neta.
- La tasa neta de transferencia de calor.
- La tasa neta de transferencia de calor de la superficie 1.
Utilice la siguiente Figura para leer el Factor F1-2.
La energía de radiación emitida por un cuerpo negro por unidad de tiempo y por unidad de área superficial se llama poder de emisión de cuerpo negro Eb y se expresa por la ley de StefanBoltzmann como:
= 4 | ||||
Por lo tanto la energía radiante es: | ||||
= | 0,1714 × 10−8 | (500º + 460)4 4 | = 1455,8 | |
ℎ. 2. 4 | ℎ. 2 | |||
Como el flujo de calor va de la lamina de mayor temperatura, hacia la de menor temperatura, se tiene:
...