MECANÍSMOS DE TRANSFERENCAI DE CALOR-CONDUCCIÓN

MECANISMOS DETRANSFERENECIA DE CALOR

CONDUCCIÓNM.SC. EDISSON PAGUATIAN

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR• Las transferencia de energía como

calor siempre• se produce del medio que tiene la

temperatura más elevada hacia el de temperatura más baja, y la transferencia de calor se detiene cuando los dos medios alcanzan la misma temperatura.

•La T.C tiene dirección y magnitud• La razón de T.C por conducción en una

dirección especifica es proporcional al gradiente de T°, el cual es la razón del cambio de la T° con respecto a la distancia.

TRANSFERECIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

CORRIENTE CALORÍFICA

hiel o

H Q (J / s) t

La corriente calorífica H se define como lacantidad de calor Q transferida por unidad de tiempo t en la dirección de mayor temperatura a menor temperatura.

H = corriente calorífica (J/s)A = área superficial (m2)t = diferencia de temperaturaL = grosor del material

CONDUCTIVIDAD TÉRMICAt1 t2

t = t2 - t1

La conductividad térmica k de un material es una medida de su habilidad para conducir calor.

k QL

At tLtH Q kAt

Unidades J

s m C

LAS UNIDADES SI PARA CONDUCTIVIDAD

Calientee

Frío k QL

At t

Tomado literalmente, esto significa que para una longitud de 1 m de cobre cuya sección transversal es de 1 m2 y cuyos puntos finales diferir de la temperatura por 1 C0, el calor se llevará a cabo a un ritmo de 1 J / s.En unidades SI, por lo general mediciones pequeñas de longitud L y área A se deben convertir a metros y metros cuadrados, respectivamente, antes de sustituir en fórmulas.

CONDUCCIÓN Laconducción

es latransferencia

de energíadelaspartículas más energéticas de una sustancia

hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre esas partículas. La conducción puede tener lugar en sólidos, líquidos o gases. En los

gasesy líquidoslaconducción

se debe a las

colisiones de las moléculasdurante su movimiento

aleatorio.

PERFIL DE TEMPERATURA

LEY DE FOURIERPermite cuantificar la rapidez del flujo

de calorpor conducción, y establece que:

q = - k A (dt/dx)

k: Conductividad térmica del material Sistema internacional: W/m °CSistema ingles: Btu/h*pie*F , Kcal/h*m*C) A: área transversal al flujo (pie2); (m2)dt/dx : Gradiente de temperatura (°C/m) ; (F/pie)

BAJO CONDICIONES DE FLUJO ESTABLE.

LLx k T1

T2

" k T2 T1

Q

dT T2

T1

dx L

Ya que

L k T

Q"x

xx

A = Área

Q Q" A

mk

W metrok

Wattk

COEFICIENTES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA (W/M · K)TABLA COMPARATIVA DE COEFICIENTES DE CONDUCTIVIDAD TÉRMICA DE ALGUNOS MATERIALES DE USO COMÚN.

dx dT q k

A

T1

T2

A

L

L T T q k A 2

1

q

CONDUCCIÓN• La velocidad de 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 la diferencia de temperatura a través de él.

• La velocidad de conducción de calor a través de una capa plana es proporcional a la diferencia de temperatura a través de ésta y al área de transferencia de calor, pero es inversamente proporcional al espesor de esa capa.

CONDUCCIÓN k es la

conductividad térmica del material, que es una medida de la capacidad de un materialparaconducirecuaciónse

calor.Lallamala

ecuación deFourier de la conducción de calor.

CONDUCCIÓN• Elcalor es conducido enla direcciónde la temperatura decreciente

• El área A de transferenciade calor es perpendicular

a ladirección de esa transferencia.

CONDUCCIÓN

travésdeun

espesorunitariodelpor unidad

de

materialpor diferencia

de

unidad deáreatemperatura.La

conductividad

térmica de unmaterial es unamedida de capacidad del material

para conducircalor.

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)

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA La

conductividad térmica de un material

se puede definir como la velocidad de transferencia de calor a

CONDUCCIÓNEl mecanismo

de conducción del calor en unlíquido se complica por el hecho de que las moléculas están

más cercanasentresí y ejercen

un campo de fuerzas intermoleculares

más intenso. Las conductividadestérmicas de los líquidos suelen encontrarse entre las de los sólidos y las e los gases.

CONDUCCIÓN

A diferencia de los metales, los cuales son buenos conductores de la electricidad y el calor, los sólidos cristalinos, como el diamante y los semiconductores como el silicio, son bueno

delcalorconductor

es

conductores pero malos eléctrico.

Comoresultado,

esos materiales encuentran un uso muy amplio en la industria electrónica.

¿COMO INFLUYE LA TEMPERATURA Y LAPRESIÓN 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 latemperatura.

y vapores aumenta con elo La K paramuchos gases aumento de la temperatura

En cuanto a la presión:

o la influencia de la presión en sólidos y líquidoses depreciable.

o La influencia de la presión en gases es pequeña, excepto a vacios muy bajos.

CONDUCTIVIDAD TÉRMICA

EJEMPLO I.1. CONDUCCIÓN EN EL TECHO DE UNACASAEJEMPLO. El techo de concreto de una casa mide 4 x 6 mts de 0.15 mts de

espesor. La temperatura en el exterior es de 400C y en el interior es de 250C. La “k” del concreto es de0.8 w/mk. (a) evalúe la razón de la transmisión de calor del techo. (b) El costo el dueño de la casa si se usa un aparato que mantiene esas condiciones del interior por 8 horas cuando la energía tiene un costo de $0.694 el Kw.hr.

SOLUCIÓN. Para mantenerse las condiciones del interior de la casa hay que determinar la transferencia de calor por conducción en el techo para conocer el costo de refrigeración.

SE ASUME. Temperaturas son constantes durante las 8hrs, se tienen condiciones estacionarias de operación y propiedades constantes.

ESQUEMA. 6 m

250

C400

C4 m*

0.15 m

ANÁLISIS

La transferencia de calor sobre el techo de área A = 6 x 4 = 24 m2 es por conducción(a)

El calor transferido es:

L 0.15m

02 (40 25) K

(0.8w)(24m )

Q kAT1

T2

1920w 1.92kw

(b) La pérdida de calor en 8 hs y su costo es.

Q* Qt (1.92kw)(8hs) 15.36kwh Costo (15.36kwh)(0.694) $10.66

La tarifa debe ser mucho mayor ya que no se consideran las pérdidas de calor a través deLas paredes

• Calcular la cantidad de calor que se transmite, por unidad de tiempo a través de una ventana de 2 m2, espesor: 0.05 m, temperatura inferior 200C, temperatura superior 5 0C, Kvidrio= 2,5 x 10-4 kcal/m.s.oc• Una lamina de hierro de 30 cm de espesor tiene una cara a -15 oC y la otra a 30 oC ¿Cuál es la velocidad de transferencia de calor a través de 0,2 m2? Considere que la conductividad térmica es la media para este material.

GRACIAS POR SU ATENCIÓN