Guia de transferencia de calor - tema 1

Escuela de Ingeniería Mecánica Facultad de Ingeniería Universidad Central de Venezuela

TRANSFERENCIA DE CALOR TEMA I.- INTRODUCCIÓN
Transferencia de calor: Definición, Objetivos, Alcances y Limitaciones • Evaluación Térmica y Diseño Térmico • Modos de Transferencia de Calor: Clasificaciones y Descripciones • Leyes Fundamentales: de Fourier, de Newton del Enfriamiento y de Stefan-Boltzmann •Analogía Eléctrico – Térmica: Superficies compuestas, Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

1.1.- Transferencia de Calor: Definición, Objetivos, Alcances y Limitaciones 1.2.- Evaluación Térmica y Diseño Térmico. 1.3.- Modos de Transferencia de Calor:
Clasificaciones, Descripciones y Leyes Fundamentales. 1.3.1.- Conducción: Ley de Fourier. 1.3.2.- Convección: Ley de Newton delEnfriamiento. 1.3.3.- Radiación: Stefan-Boltzmann.

1.4.- Analogía Eléctrico-Térmica
1.4.1.- Superficies Compuestas. 1.4.2.- Coeficiente Global de Transferencia de Calor.

Prof. Francisco García G., Dr. Ing.

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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.1.- Transferencia de Calor: Definición, Objetivos, Alcances y Limitaciones.1.2.- Evaluación Térmica y Diseño Térmico

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Transferencia de Calor

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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.3.- Modos de Transferencia de Calor:
1.3.1.- Conducción: Ley de Fourier (1822)
q′′ = q dT ∝− A dx

q = − kA
donde:

dT dx
q
Tasa de flujo de calor [W] Conductividad Térmica [W/(mK)] Area perpendicular al flujo [m2] Gradiente de Temperatura en la dirección del flujo

(1)

k
A

dT / dx

dT [−] dx
q′′( x) [+ ]

dT [+ ] dx q′′( x) [−]
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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.3.- Modos de Transferencia de Calor:
1.3.1.- Conducción: Ley deFourier (cont.)

T1 > T2

T1
q′′dydz

T2
q′′dydz + d (q′′dydz ) dx dx

Aplicando el principio de conservación de energía al elemento diferencial de volumen, se obtiene:

q′′dydz = q′′dydz +
ó

d (q′′dydz )dx dx
(2)

d (q′′dydz )dx = 0 dx

Sustituyendo la ec. (1) en la ec. (2)
0
dx

L

x

dT d (−k )=0 dx dx
Para un material isotrópico

(3)

Placa de longitudinfinita

d 2T =0 dx 2
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(4) 4

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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.3.- Modos de Transferencia de Calor:
1.3.1.- Conducción: Ley de Fourier (cont.)
T1 T2
T1 > T2

Separando variables en la ec. (4) e integrando dos veces, se obtiene:

T ( x) = C1 x + C2

(6)

La ec.(6) es la solución general de la ec. (4) y " C1 ,C2 " son constantes a determinar de las condiciones de borde (5) (5.1) en (6) (5.2) en (6) (7.1)

0

L

x

C2 = T1
(5.1) (5.2) (7.1) y (7.2) en (6)

C1 = (T2 − T1 ) / L

(7.2)

T (0) = T1 T ( L) = T2
Placa de longitud infinita

T ( x) = (T2 − T1 )

x +T L 1

(8)

Sustituyendo (7.2) en (1)

q=−

kA (T − T ) L 2 1

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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.3.- Modos de Transferencia de Calor:
1.3.2.- Convección: Ley de Newton del Enfriamiento (1701)
Ts
q
Ts > T∞

q = hc A(Ts − T∞ )
donde: q hc A Ts T∞

(10)

Fluido T∞

Tasa de flujo de calor [W] Coeficiente convectivopromedio [W/(m2K)] Area perpendicular al flujo [m2] Temperatura de la superficie [K] Temperatura del medio [K]
(11)

Placa de longitud infinita

hc =

1 hc dA A ∫∫ A

Convección Natural

Convección Forzada

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TEMA I.- INTRODUCCIÓN
1.3.- Modos de...