Semana 06 Mecanismos de Transferencia de Calor (1)

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Se puede definir como la transmisión de energía de una región a otras, como producto de la diferencia de TEMPERATURA entre ellas. El flujo de calor se rige por una combinación de varias leyes físicas independientes

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UNIDAD 01: ELECTROSTTICA

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALORFormador: Fs. Sergio Jernimo Morante

FSICA II1Transferencia de CalorSe puede definir como la transmisin de energa de una regin a otras, como producto de la diferencia de TEMPERATURA entre ellas. El flujo de calor se rige por una combinacin de varias leyes fsicas independientes.2Clasificacin de Transferencia de Calor CONDUCCION

RADIACION

CONVECCION Mecanismos de ConduccinPor este mecanismo el calor puede ser conducido a travs de slidos, lquidos y gases.La conduccin se verifica mediante la transferencia de energa cintica entre molculas adyacentes.En la conduccin la energa tambin se transfiere por medio de electrones libres, un proceso muy importante en el calentamiento de slidos.Como se verifica el proceso de Transferencia de Calor por conduccin? La conduccin es un proceso mediante el cual fluye calor desde una regin de alta temperatura a otra de baja temperatura, dentro de un medio determinado.

En estos procesos siempre se manifiesta un flujo continuo de calor de la regin mas caliente a la mas fra.Mecanismos de Conveccin La transferencia de Calor por conveccin implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscopicos de porciones calientes y fras de un gas o un liquido.

La eficiencia de transferencia de calor por conveccin depende bsicamente de la eficiencia del movimiento del mezclado del fluido. Cmo se verifica el proceso de Transferencia de Conveccin? El calor fluye primero por conduccin desde la superficie hacia las partculas del fluido. La energa transferida servir para incrementar la temperatura y la energa interna del fluido. El mecanismo de transferencia en el fluido ocurre desde una regin de alta temperatura hacia una zona de baja temperatura. La energa se almacena en la partculas del fluido y se transporta como resultado del movimiento de masa.Tipos de ConveccionesSe clasifican de acuerdo a como se induce el flujo: CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURALConveccin Forzada Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluido sobre una superficie slida, por medio de una bomba o un ventilador. Cuando el movimiento de mezclado es inducido por algn agente externo.

Ejemplo: SecadoMecanismos de RadiacinLa transferencia de Calor por radiacin, es la transferencia de energa a travs del espacio por medio de ondas electromagnticas.Corresponde al proceso en el cual el calor fluye desde un cuerpo de alta temperatura a un cuerpo de baja, cuando estn separados por un espacio que puede ser el vaco (Hornos).Este mecanismo ocurre a altas temperaturas.No se requiere de un medio fsico, para que exista radiacin. ESPECTRO DE RADIACION

MECANISMOS COMBINADOS

ConduccinSi sujetamos el extremo de una varilla de cobre y colocamos el otro en una flama, el extremo que sostenemos se calienta cada vez ms, aunque no est en contacto directo con la flama. El calor llega al extremo ms fro por conduccin a travs del material

corriente de calor en conduccin (H)gradiente de temperaturaUnidades de Corrientes de calor H1 W = 1 J/sSi la temperatura vara de manera no uniforme a lo largo de la varilla conductora, introducimos una coordenada x a lo largo y generalizamos el gradiente de temperatura como dT/dx. La generalizacin correspondiente de la ecuacin

Ley de Fourier para la conduccin del calor

El signo negativo indica que el calor siempre fluye en la direccin de temperatura decrecientePERFIL DE TEMPERATURA

En el campo del aislamiento trmico de edificios, los ingenieros usan el concepto de resistencia trmica, denotada con R. La resistencia trmica R de una placa de material con rea A se define de modo que la corriente de calor H que atraviesa la placa es

TH y TC son las temperaturas a los dos lados de la placa

L es el espesor de la placa

EJEMPLO: Conduccin a travs de una hielera porttilUna caja de espuma de polietileno para mantener fras las bebidas en un da de campo (figura 17.25a) tiene un rea de pared total (incluida la tapa) de 0.80 m2 y un espesor de pared de 2.0 cm, y est llena con hielo, agua y latas de Omni-Cola a 0 C. Calcule la tasa de flujo de calor hacia el interior de la caja, si la temperatura exterior es de 30 C.Cunto hielo se derrite en un da?

SOLUCINRadiacinLa radiacin es la transferencia de calor por ondas electromagnticas como la luz visible, el infrarrojo y la radiacin ultravioleta

Esta fotografa infrarroja de colores falsos revela la radiacin emitida por diversas partes del cuerpo de este hombre.La emisin ms intensa (color rojo) proviene de las reas ms calientes, mientras que la bebida fra casi no produce emisinla corriente de calor

corriente de calor por radiacinconstante de Stefan-Boltzmann

un nmero adimensional entre 0 y 1 que representa la relacin entre la tasa de radiacin de una superficie dada y la de un rea igual de una superficie radiante ideal a la misma temperaturaEJEMPLO: Transferencia de calor por radiacinUna placa de acero delgada cuadrada, de 10 cm por lado, se calienta enuna forja de herrero a una temperatura de 800 C. Si su emisividad esde 0.60, calcule la tasa total de emisin de energa por radiacin

Radiacin y absorcinSi un cuerpo a temperatura T est rodeado por material a temperatura TS, la corriente de calor neta Hnet del cuerpo a su entorno depende tanto de T como de TS

En esta ecuacin, un valor positivo de H implica salida neta de calor del cuerpoEJEMPLO: Radiacin del cuerpo humanoSi el rea superficial total del cuerpo humano es de 1.20 m2 y la temperatura superficial es de 30 C 5 303 K, calcule la tasa total de radiacin de energa del cuerpo. Si el entorno est a una temperatura de 20 C, calcule la tasa neta de prdida de calor del cuerpo por radiacin.

La emisividad del cuerpo es muy cercana a la unidad, sea cual fuere la pigmentacin de la piel