k_cas

I.

INTRODUCCIÓN

GENERALIDADES.

TERMODINÁMICA.
Relaciones de equilibrio

Relaciones entre el calor y otras formas de energía.

Energía:
Puede ser transferida entre un sistema y sus alrededores.

Trabajo y Calor

Naturaleza y Tiempo?

TRANSFERENCIA DE CALOR.
“Energía calorífica en tránsito debido a una diferencia de temperatura”

Los procesos de transferencia de calorcumplen con la primera y
segunda Ley de la Termodinámica.

Ingeniera:
Rapidez de transferencia de calor a una diferente temperatura especial.
- Costo – Factibilidad - Tamaño

Calderas, calentadores, cambio de calor, refrigeradores...

FORMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.
T1 > T2
T1

T5 > T
T2
T1

q

q1
T
q

q2
T5

Conducción

T2

Convección

Radiación

1.2. CONDUCCIÓN.Transferencia de energía de partículas con mayor energía a partículas con
menor energía debido a la interacción de estas.
T2
TIV
TIII
TII
TI
T1
Flujo de calor =

CalorTransferido
TiempoÁrea

T
qx = - k
Ti
q

dT
dx

Ley Fourier

T(x)
Propiedad de Transporte
T2

k

Coeficiente de
Conductividad Térmica

e

x
k

Kcal
mh C

T1 > T2

Estado estable

:

qxVelocidad

:

q' x

q x'

kA

T2

T1
e

T
e / kA

q' x

q' x

kA

T1

k

T2

T1
e

qx * A

T2
e

Fuerza Im pulsadora
Re sistenciaTérmica

q' x

1.3. CONVECCIÓN.
Proceso combinado.
- Conducción, almacenamiento y movimiento
y

v

y

T

Convección natural
Convección forzada

T(y)
q

N
Capa límite
Hidrodinámica

T
Capa límite
Térmicaq = h (Ts - T )
h

Ts

Ley de enfriamiento
de Newton



Coeficiente convectivo de transferencia



Coeficiente pelicular

h

Kcal
m2h C

1.4. RADIACIÓN.
Cambio de la configuración electrónica de los átomos y moléculas
constituyentes del material.
Transporte 



Ondas magnéticas
No requiere de un medio físico

El flujo máximo de calor que una superficie puedeemitir es:

q=


T45

Ley de Stefan – Boltzmann

Cuerpo Negro

= Ctte Stefan - Boltzmann

Radiador Perfecto

= 4.878.10-8 h

Kcal
m2h C

Para una superficie real (cuerpo gris)

q=

E T45

E = emisividad

q=

(T14 – T24)

Flujo neto

CONSERVACIÓN DE ENERGÍA PARA VOLUMEN DE CONTROL.
Aplicación de ley conservación  volumen de control
Volumen de  Región fija enel espacio rodeada de una superficie de control a
Control

través de la cual energía y/o materia pasan.

“La velocidad a la que energía termina ingresa al volumen de control
menos la velocidad a la cual esta energía sale del volumen de control es
igual a la velocidad a la cual esta energía es almacenada en el volumen
de control”.
Eout
Eg
Ein
Est

–

Eout = Est

vol.

sup. vol.Ein + Eg
sup.
Metodología:
a) Definir el volumen de control

b) Definir los procesos energéticos relevantes
c) Aplicar la ecuación de conservación
Volumen finito



Balance macroscópico

Volumen diferencial



Balance microscópico
(cada punto)

CONDUCCIÓN UN ESTADO ESTACIONARIO
T = f (o, y)
TO

TO

TO

y
T1
o0
A
Q AT
I
Q
Ay

oA

AT
Ay

Q
o >> 0Q
A

q1 = - k

k

AT
Ay

dT
dy

Ley de Fourier

k = Coeficiente de Conductividad
k = f (material, tiempo)

ECUACIÓN GENERAL PARA CONDUCCIÓN.


Conocer la distribución de temperatura en el medio de transferencia.

T(X,Y,Z)

1r

qz| Ax Ay
z + Az

z

q1x| Ay Az

Eq
Est

q1y| Ax Az
y + Ay

q1x| Ay Az

y
x

Balance: (Entrada) – (Salida) + (Generación) =(Acumulación)
qx1|

x

AyAz – q1x |

z+Az

Ax Ay+ q Ax Ay Az = L cp

x + Ax

Ay Az + q1y | y Ax Az - q1y |

y + 1y

Ax Az + q1z |

z

Ax Ay qz|

OT
Az Ay Az
Ot

Dividiendo entre Ax Ay Az y ordenando

q1x | x - q1x | x + Ax +
Ax

q1y | y - q1y | y + Ay

+

Ay

q1z | z - q1z | z + Az + q1 = L cp
Az

Si Ax, Ay, Az  0
O 1
O 1
O 1
OT
(q x) (q y) (q z) + q...