Apunte

Universidad de Chile
Facultad de Ciencias F´ısicas y Matem´
aticas
Departamento de Ingenier´ıa Mec´
anica

APUNTES PARA EL CURSO
ME43B
Transferencia de Calor

Profesor: Ram´on Frederick G.
Colaboraci´on: Sergio Courtin V.

Oto˜
no 2006

´Indice
1.

1
1.1. Definici´
on de Transferencia de Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.2. Ingenier´ıa T´ermica . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

1

1.3. Termodin´
amica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.4. Modos de transferencia de calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

3

1.5. Conducci´
on, Ley de Fourier . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . .

3

1.6. Ecuaci´
on de Conservaci´
on de Energ´ıa o Ecuaci´on del Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

6

1.7. Formulaci´
on General de Problemas de Conducci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

7

1.8. Procesos Transientes . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.9. Procesos Permanentes . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

8

1.10. Casos de Conducci´
on Unidireccional Permanente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

9

1.11. Convecci´
on en Ambas Caras de una Placa . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.12. Otras geometr´ıas . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

11

1.13. CasosSimples en Geometr´ıa Cil´ındrica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

12

1.14. Sistemas con Generaci´
on Interna de Calor . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

14

1.15. Superficies Extendidas (Aletas) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

15

1.15.1. Aleta de Longitud Infinita . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . .

17

1.15.2. Aleta de Largo Finito L . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

1.15.3. Aleta con Temperatura Impuesta en Ambos Extremos . . . . . . . . . . . . . . . . . .

18

1.15.4. Eficiencia de aletas (η ) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

20

1.16. Fen´omenos Transientes . . . . . . . . . . . .. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

1.16.1. Conducci´
on Transiente . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

21

1.16.2. Conducci´
on Unidireccional Transiente Sin Generaci´on Interna de Calor . . . . . . . . .

21

1.16.3. Extensi´
on a 2D . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

23

1.16.4.Conducci´
on Transiente con Resistencia T´ermica Interna Despreciable . . . . . . . . . .

25

2.

26
2.1. Intercambio de Calor Entre Dos Fluidos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

26

2.2. Balances T´ermicos . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

27

2.3. Deducci´
on de la Diferencia de Temperatura Media Logar´ıtmica . . . . . . . . .. . . . . . . .

29

i

ME43B - Transferencia de Calor

ii

2.4. Convecci´
on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

2.4.1. Como Procede la Convecci´on . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

31

2.4.2. Forma Adimensional de las Ecuaciones . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

33

2.4.3. FlujoExterno: Capa L´ımite Laminar Sobre Placa Plana . . . . . . . . . . . . . . . . .

34

2.4.4. Capa L´ımite T´ermica . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

37

2.5. Convecci´
on Forzada Interna: Tubos o Canales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

40

2.5.1. Flujo en Tubos o Canales . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ....