A Conducción

Mayo 2001

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

TRANSFERENCIA TRANSFERENCIA DE CALORDE CALOREQUIPO N° 1EQUIPO N° 1

Dila GoitíaMiguel Agüero

Verónica CadenasErica GómezCarlos Parra

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CONDUCCIONCONDUCCION

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CONDUCCION

TRANSFERENCIA DE CALORTRANSFERENCIA DE CALOR

TRANSMISION DE ENERGIA CALORIFICA DE UNA REGION A OTRA.

CLASIFICACION DEL PROCESOCLASIFICACION DEL PROCESO

ESTABLE:ESTABLE:

CUANDO LAS TEMPERATURAS DE CUALQUIER PUNTO NO VARIAN EN FUNCION DEL TIEMPO.

TRANSITORIA Y PERIODICA:TRANSITORIA Y PERIODICA:

LAS TEMPERATURAS DE UN SISTEMA VARIAN EN FUNCION DE LA VARIABLE TIEMPO.

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TRANSITORIA INESTABLETRANSITORIA INESTABLE

CALENTAMIENTO DE HORNOS.

ENFRIAMIENTO DE LOS TAMICES

MOLECULARES DURANTE SU REGENERACION

CALENTAMIENTO DE TURBINAS

TRATAMIENTO TERMICO DE METALES

MEDIANTE CALENTAMIENTO Y ENFRIAMIENTO SUCESIVOS.

CONDUCCION

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CLASIFICACION DE TRANSMISION DE CALORCLASIFICACION DE TRANSMISION DE CALOR

CONDUCCION CONVECCION

RADIACION

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIONTRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION

PROCESO MEDIANTE EL CUAL LA ENERGIA CALORIFICA FLUYE EN UN SISTEMA DE UNA TEMPERATURA MAS ALTA A UNA MAS BAJA.

LA TRANSFERENCIA SE REALIZA MEDIANTE EL PASE DE ENERGIA DE UNA MOLECULA A OTRA.

EL SISTEMA PUEDE ESTAR CONSTITUIDO POR UN MEDIO: SOLIDO, LIQUIDO O GASEOSO.

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LA TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCION SE EXPLICA A NIVEL DE LOS ATOMOS O CONGLOMERADOS DE ESTOS.

FLUIDOS (LIQUIDOS Y GASES): CHOQUES DE PARTICULAS.

METALES:

MOVIMIENTO DE ELECTRONES DESDE REGIONES DE ALTAS TEMPERATURAS A REGIONES DE BAJAS TEMPERATURAS.

CONDUCCION

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LEY FUNDAMENTAL DE CONDUCCIONLEY FUNDAMENTAL DE CONDUCCION

LEY DE FOURIER LEY DE FOURIER

Y t <0 Sólido inicialmente a la temperatura T0

Y t = 0 La lámina inferior aumenta rápidamente su emperatura hasta T1

Y t pequeño

Y t grande

T(y,t)

X

T (y)

T1

PLACA MATERIAL SOLIDO ENTRE DOS LAMINAS PLANAS

Finalmente alcanza una distribución lineal de temperatura en estado estacionario. Una vez alcanzado este tiene que existir una velocidad constante de flujo de calor Q a través de la placa para mantener la diferencia se temperaturas. Se ha encontrado que para T pequeños se cumple:

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LEY FUNDAMENTAL DE CONDUCCIONLEY FUNDAMENTAL DE CONDUCCION

LEY DE FOURIERLEY DE FOURIER

dQ dt

= - k A dT dx

Donde: dQ : tasa de transferencia de calor por conducción, dt (BTU/hr; Joule/segundo) = q k : conductividad térmica del acero, gases, líquidos,

vapor (BTU/(hr . Pie . °F)Expresa la capacidad de un material para transferir calor de una temperatura T1 a una temperatura T2 (T1>T2)

= q

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A : área de transferencia de calor, en pies2

dT : gradiente de temperatura (°F/pie)dxLa ecuación anterior también puede expresarse:

= - k A ( T2 - T1 ) ( x2 – x1 )

= q

Si se tiene una tuberia con aislamiento puede escribirse que la ecuación anterior en los siguientes términos:

q = 2 k L [Ti – Te] / ln [re / ri]si el flujo es estable puede decirse que: q = 2 ka L [Te – Ta] / ln [ra / re] por lo que el flujo de calor por longitud de tuberia es: q’ = q/L = 2 ka [Te – Ta] / ln [Da / De] Da = 2 ra Y De = 2 re

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Qt

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Kv = 0.5778 x 10-4 (176 + 0.587 T’ + 1.04 X 10-3 T2 – 4.51 x 10-07 x T’3)

Conductividad Termica para VaporConductividad Termica para Vapor

T’ = Temperatura en °C

Conductividad Termica para GasesConductividad Termica para Gases

kg = (C’p + 2.48 / PM)

C’p = Calor especifico del gas, en (BTU / lb F )

KL= 0.5778 [ 0.0984+0.109 ( 1 - ( T / Te)]

Donde:T = Temperatura en F

Conductividad Termica para LiquidoConductividad Termica para Liquido

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EJERCICIOEJERCICIO

ACERO

AISLANTE

ri

L

rera

xa

ka

k

Te

Ti

SUPONGA UN TUBO LARGO Y AISLADO MOSTRADO EN LA FIGURA. EL ESPESOR DEL AISLANTE ES 1 PULGADA. LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL AISLANTE ES 0.0375 BTU/(hr.pie.F). LAS TEMPERATURAS DE LAS SUPERFICIES INTERNA Y EXTERNA DEL AISLANTE SON Te = 380 F Y Ta = 80 F. EL DIAMETRO EXTERNO SIN AISLANTE = 2.375 PULGADAS.

¿DETERMINE LA TASA DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR PIE DE TUBERIA (BTU/hr)/pie.¿DETERMINAR LA PERDIDA TOTAL DE CALOR EN 15 PIES DE TUBERIA

Ta

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SOLUCIONSOLUCIONDATOS:Xa = 1’Ka = 0.0375 BTU/(hr.pie.F).Te = 380 F Ta = 80 F.De = 2.375´1. DETERMINAR LA TASA DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR

PIE DE TUBERIA.

q’ = q/L = 2 ka [Te – Ta] / ln [Da / De] Como De= 2re = 2.375´ y

Da = 2 re + 2 xa = 2.375pul + 2 x 1pul = 4.375 pul.

2 x x 0.0375 BTU/(hr.pie.F). X (380 F - 80 F.)Luego q’ = ln (4.375 pul / 2.375pul )

= 116BTU/(hr.pie.F).

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1. ¿DETERMINAR LA PERDIDA TOTAL DE CALOR EN 15 PIES DE TUBERIA

Q= q’ x L = 116 BTU / (hr.pie.) X 15 pies = 1740 BTU / hr.

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