02b-Mecanismos de Transferencia de Calor - Conducción PDF
September 9, 2022 | Author: Anonymous | Category: N/A
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Mecanismos de Trans Transferencia ferencia de Calor Conducción
Adrián E. Ortiz R.
Transferencia de Calor IWQ222 – 1 Sem. 2018
1
Repaso última clase •
Calor sensible: Q = m Cp T = m Hf Hi) •
•
•
No hay transiciones de fases, ni reacciones químicas o algún cambio de fase: sólo cambios en la temperatur temperaturaa del sistema Es la parte de la energía interna de un sistema que está asociada con la energía cinética de las moléculas o partículas
Calor latente •
calor producido por cambios de fase: - vap vapori orizac zación ión / conden condensac sación ión - Fusión
•
•
•
•
los cambios de fase ocurren a temperatura constante
Calor de reacción Calor de dilución y calor de disolución Utilización de los diagramas de entalpía – composición
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Mecanismos de transferencia de calor •
Conducción •
flujo de calor en una sustancia sin que exista un
movimiento observable de materia •
Convección •
Implica la transferencia entre una superficie sólida y un fluido que está en movimiento (conducción + movimiento de fluidos)
•
Radiación (térmica) •
•
Es la energía emitida por la materia en forma de ondas electromagnéticas (o fotones) No requiere la presencia de un medio interventor
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Transferencia de Calor IWQ222 – 1 Sem. 2018
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Conducción en estado estacionario El flujo de calor depende de la conductividad térmica k , que es una propiedad física del material material que forma la l a pared T1 >T2 A [m²] k [W [W/m /m K]
q [W] k [W/m K] A [m2] dT / dx [K/m [K/m]]
Ley de Fourier para la conducción
T2
T1 q
Integrando la ecuación anterior según las condiciones de borde x
Dx
∆ ∝ ∆ la conductividad térmica térmica es la capacidad de un material de transferir calor por conducción Adrián E. Ortiz R.
x
0, T L, T
T 1 T 2
La ecuación de conducción para una pared queda:
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Resistencia térmica Para estudiar este concepto nos basaremos en el caso sencillo de transferencia de calor a través de una placa plana Ecuación de conducción en términos de resistencia térmica
A [m²]
k [W/m [W/m K]
( )
Resistencia Resiste ncia a la conducción:
T2
T1 Q Dx
T1 >T2
Equivalencia entre resistencia térmica y resistencia eléctrica –
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Resistencia térmica en serie: pared compuesta A
k
T1
( )
T2
aislación
A
1
T1
2
T12
T2
k 11
k 22
L 1
L 2
( )
( )
( ) → ( ) →
con
( )
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Ejercicio Una barra de 1m de largo con una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura consta de una capa de cobre (k = 400 W/m · K) de 10 cm de espesor y una capa de compuesto epóxico (k 0.4 W/m · K) del mismo espesor. Calcule la razón de la transferencia de calor bajo una fuerza térmica impulsora de DT= 50°C, cuando la dirección de la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario es a ) de izquierda a derecha
m c 0 1
20 cm
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Transferencia de Calor IWQ222 1 Sem. 2018
Ejercicio Una barra de 1m de largo con una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura consta de una capa de cobre (k = 400 W/m · K) de 10 cm de espesor y una capa de compuesto epóxico (k 0.4 W/m · K) del mismo espesor. Calcule la razón de la transferencia de calor bajo una fuerza térmica impulsora de DT= 50°C, cuando la dirección de la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario es a ) de izquierda a derecha
a)
m c 0 1
20 cm
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Ejercicio Una barra de 1m de largo con una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura consta de una capa de cobre (k = 400 W/m · K) de 10 cm de espesor y una capa de compuesto epóxico (k 0.4 W/m · K) del mismo espesor. Calcule la razón de la transferencia de calor bajo una fuerza térmica impulsora de DT= 50°C, cuando la dirección de la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario es a ) de izquierda a derecha
a)
0,1 0,1 400∗(0,2∗1) 0,4∗(0,2∗1)
m c 0 2
= 0,00125 + 1,25 [K/ W]
20 cm
1,5025 40 Considerandoo sólo la placa de cobre q1=40 000 W = 40 kW Considerand
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Ejercicio Una barra de 1m de largo con una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura consta de una capa de cobre (k = 400 W/m · K) de 10 cm de espesor y una capa de compuesto epóxico (k 0.4 W/m · K) del mismo espesor. Calcule la razón de la transferencia de calor bajo una fuerza térmica impulsora de DT= 50°C, cuando la dirección de la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario es a ) de arriba hacia abajo
a)
A1 1 m c 0 1
20 cm
A
1 2
2
( ) ( )
L k 1
k 2
T2
con
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Resistencia térmica en paralelo: pared compuesta
A1 1
A
1 2
2
L k 1
( ) ( )
aislación
k 2
T 2
( ) ( ) () 1 1
o de manera alternativa:
(− ) con + +
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Ejercicio Una barra de 1m de largo con una sección transversal cuadrada, como se muestra en la figura consta de una capa de cobre (k = 400 W/m · K) de 10 cm de espesor y una capa de compuesto epóxico (k 0.4 W/m · K) del mismo espesor. Calcule la razón de la transferencia de calor bajo una fuerza térmica impulsora de DT= 50°C, cuando la dirección de la transferencia unidimensional de calor en estado estacionario es a ) de arriba hacia abajo.
b)
q (−) con +
m c 0 1
20 cm
+−
+ => = + ∗,∗ + ,∗,∗ − , ,
= 20,02 kW q (− ) , ∙
−
4000,4 2,4 2,498 98∙∙ 10
−3 [k/W]
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Resistencia térmica: pared compuesta
o de manera alternativa:
A1
1 1 () q (−) con +
aislación
A2
1 1 2 En Serie R= R T + R 3 y
L
R T k 1
L 3
k 2 k 3
T2
3 R 3
En serie
3
(−)
R 3
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Ejercicio ¿cuál conductividad térmica k es más alta, ka o kb?
A
a
b k a
( ) ( )
k b
( ) ( ) ( ) > ( ) → >
T T
L
L
> Luego: >
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Olla aislada térmicamente
≫ 20°C
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Conducción en un cilindro
Ley de Fourier para la conducción
x
0, T
x
L, T
T 1 T 2
Ley de Fourier para la conducción en coordenadas cilíndricas
cilindro de largo L
2
= = = = = = 2 = = 2
2 ln
ln2
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Conducción
bloque
) (
cilindro
ln2
esfera
4
L
cilindro de largo L
r2 radio exterior r1 radio interior
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Cilindro con convección en el interior y exterior
(∞ ∞) , ,
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