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ADMINISTRACION INDUSTRIAL OPERACIONES INDUSTRIALES – E301 SEMANA 17: TRANSFERENCIA DE CALOR INST. LUIS GOMEZ QUISPE
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ADMINISTRACION INDUSTRIAL
OPERACIONES INDUSTRIALES – E301
SEMANA 17: TRANSFERENCIA DE CALOR
INST. LUIS GOMEZ QUISPE
OBJETIVO
Al termino de la sesión el aprendiz
podrá reconocer los equipos de
Transferencia de calor y calcular la
cantidad de energía transferida de
un cuerpo de mayor temperatura a
otro de menor temperatura.
EJEMPLOS DE MAQUINAS
QUE TRANSFIERE
CALOR
ALETAS
DISIPADOR DE CALOR
Sistema de calefacción
romano
30/05/20
17Y Milachay 8
HORNOS
DE TRATAMIENTO
TERMICO
EQUILIBRIO
TERMICO
Ley cero de la
termodinámicaSi los objetos A y B se encuentran por separado en equilibrio térmico con un
objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre si.
AC
B
𝑻𝑨 = 𝑻𝒄
𝑻𝑩 = 𝑻𝒄𝑻𝑨 = 𝑻𝑩
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Equilibrio térmico.
Obviamente, si un cuerpo adquiere calor , es porque
otro lo cede, de forma que:
Qabsorbido = – Qcedido
Sea A el cuerpo de menor temperatura (absorberá
calor) y el B de mayor temperatura (cederá calor). Al
final, ambos adquirirán la misma temperatura de
equilibrio (Teq):
mA· ceA· (Teq– T0A) = – mB· ceB· (Teq– T0B)
O también:
mA· ceA· (Teq– T0A) = mB· ceB· (T0B –Teq)
Equilibrio térmico
Equilibrio térmico
INTERCAMBIO
CALOR
TRANSFORMACION DE CALOR
LEY DE FOURIER EJERCICIOS
Ejemplo
Una barra de acero de 10,0 𝑐𝑚 de
longitud se suelda a tope con una
de cobre de 20,0 𝑐𝑚 de longitud.
Ambas están aisladas por sus
costados. Las barras tienen la
misma sección transversal
cuadrada de 2,00 𝑐𝑚 de lado. El
extremo libre de la barra de acero
se mantiene a 100 º𝐶, y el de la
barra de cobre se mantiene a 0 º𝐶.
Calcule la temperatura de la unión
de las dos barras y la razón de
flujo de calor.
Solución
Las corrientes de calor en las dos
barras deben de ser iguales
acero acero
acero
(100 T)H k A
L
cobre cobre
cobre
(T 0)H k A
L
T
aislante
Ejemplo
Suponga que las dos barras se
separan, un extremo da cada una
se mantiene a 100 º𝐶, y el otro, a
0 º𝐶. Determine la razón total de
flujo de calor en las dos barras.
Solución
5/30/2017 30
acero acero
acero
(100 0 )H k A 20,1W
L
cobre cobre
cobre
(100 0 )H k A 77,0W
L
acero cobreH H H 97,1W
Ejercicios de aplicación
Una habitación tiene una ventana de 3,0 m2 de
superficie con un vidrio de 1,0 cm de espesor. La
temperatura del aire exterior es de 3,0°C . ¿A qué
temperatura podrá llegar la habitación si la
calentamos con una estufa de 1 000 W?
Kvidrio = 0,84 W/m°C .
Solución:
2
1
1000 1,0 103,0
0,84 3,0T C C
1 2
HLT T
KA
1 4,0 3,0 7,0T C C C
Corriente calorífica
vapor hiel
o
( / )Q
H J s
La corriente calorífica H se define como la cantidad de calor Q transferida por unidad de tiempo en la dirección de mayor temperatura a menor temperatura.
Unidades típicas son: J/s, cal/s y Btu/h
H = corriente calorífica (J/s)
A = área superficial (m2)
Dt = diferencia de temperatura
L = grosor del material
Conductividad térmica
t1 t2
Dt = t2 - t1
La conductividad térmica k de un material es una medida de su habilidad para conducir calor.
QLk
A t
D
Q kA tH
L
D
Cms
JUnidades
Las unidades SI para conductividad
Calient
e
Frío QLk
A t
D
Para cobre: k = 385 J/s m C0
Taken literally, this means that for a 1-m length of copper whose cross section is 1 m2 and whose end points differ in temperature by 1 C0, heat will be conducted at the rate of 1 J/s.
En unidades SI, por lo general mediciones pequeñas de longitud L y área Ase deben convertir a metros y metros cuadrados, respectivamente, antes de sustituir en fórmulas.
Unidades antiguas de conductividad
Tomado literalmente, esto significa que, para una placa de vidrio de 1 in de espesor, cuya área es 1 ft2 y cuyos lados difieren en temperatura por 1 F0, el calor se conducirá a la tasa de 5.6 Btu/h.
Dt = 1 F0
L = 1 in.
A=1 ft2
Q=1 Btu
1 h
Unidades antiguas, todavía activas, usan
mediciones comunes para área en ft2, tiempo
en horas, longitud en pulgadas y cantidad de
calor en Btu.
k de vidrio = 5.6 Btu in/ft2h F0
Conductividades térmicas
A continuación se dan ejemplos de los dos sistemas
de unidades para conductividades térmicas de
materiales:
Cobre:
Concreto o vidrio:
Tablero de corcho:
385 2660
0.800 5.6
0.040 0.30
MaterialoJ/s m C 2 0Btu in/ft h F
Ejemplos de conductividad térmica
Aluminio:
Comparación de corrientes caloríficas para condiciones
similares: L = 1 cm (0.39 in); A = 1 m2 (10.8 ft2); Dt = 100
C0
Cobre:
Concreto o vidrio:
Tablero de corcho:
2050 kJ/s 4980 Btu/h
3850 kJ/s 9360 Btu/h
8.00 kJ/s 19.4 Btu/h
0.400 kJ/s 9.72 Btu/h
APLICACIÓN LEY DE FOURIER
La inteligencia consiste no sólo en el
conocimiento, sino también en la destreza de
aplicar los conocimientos en la práctica.
Aristóteles
