transferencia calor




TRANSFERENCIA DE CALOR
UNIDAD 1
MECANISMOS BASICOS DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR


PROFESOR: ING. JUAN CARLOS VALENCIA MARTINEZ

URUAPAN, MICHOACAN, FEBRERO DE 2014
PROBLEMA CONDUCCION
¿Cuál es el espesor que se requiere de una pared de mampostería que tiene una conductividad térmica de 0.75 W/m2 K, si la velocidad del calo será 80% de la velocidad del calor a través de una paredde estructura compuesta que tiene una conductividad térmica 0.25 W/m2 K y un espesor de 100 mm? Ambas paredes están sujetas a la misma diferencia de temperatura superficial.
SABEMOS QUE: es un muro de mampostería de la conductividad térmica conocida tiene un índice de calor, que es el 80% de los que a través de una pared compuesta de conductividad térmica y espesor prescrito.
ENCONTRAR: elespesor de la pared de mampostería.
ESQUEMA O DIAGRAMA

SUPOSICIONES: (1) Los dos muros sometidos a temperaturas mismas superficies, (2) la conducción unidimensional, (3) las condiciones de estado estable, (4) las propiedades constantes.
ANÁLISIS: Para condiciones de estado estacionario, el flujo de calor por conducción a través de una pared de una sola dimensión deduce de la ley de Fourier,donde ∆T representa la diferencia de temperaturas de la superficie. Desde ∆T es el mismo para ambas paredes, se deduce que:

Con los flujos de calor relacionados como:

COMENTARIOS: Al no saber la diferencia de temperatura a través de las paredes, no podemos encontrar el valor de la velocidad de calentamiento.
PROBLEMA CONVECCION
Usted ha experimentado el enfriamiento por convección si algunavez sacó la mano por la vetana de un vehiculo en movimiento o si la sumergió en una corriente de agua. Si la superficie de la mano se considera a una temperatura de 30°C, determine el flujo de calor por convección para: a) una velocidad del vehiculo de 35 km/hr en aire a -5°C con un coeficiente de convección de 40 W/m2 K y b)una velocidad de 0.2 m/s en una corriente de agua a 10°C con un coeficientede convección de 900 W/m2 K ¿En cual condición se sentiría mas frio? Compare estos resultados con una pérdidad de calor de aproximadamente 30 W/m2 en condiciones ambientales normales
SABEMOS QUE: Experiencia de la mano de transferencia de calor por convección con el aire y el agua en movimiento.

ENCONTRAR: Determinar qué condiciones se siente más frío. Comparemos estos resultados con unapérdida de calor de 30 W/m2 bajo condiciones ambientales normales.
ESQUEMA O DIAGRAMA

SUPOSICIONES: (1) La temperatura es uniforme sobre la superficie de la mano, (2) el coeficiente de convección es uniforme sobre la mano, y (3) el intercambio de radiación insignificante entre la mano y sus alrededores en el caso de flujo de aire.
ANÁLISIS: La mano se sentirá más frío para la condición queresulta en la pérdida de calor más grande. La pérdida de calor se puede determinar a partir de la ley de enfriamiento, la ecuación de Newton, escrita como:

Para la corriente de aire:

Para la corriente de agua:

COMENTARIOS: La pérdida de calor de la mano en el flujo de agua es un orden de magnitud más grande que cuando está en la corriente de aire para las condiciones de temperatura ycoeficiente de convección dadas. En contraste, la pérdida de calor en un medio ambiente normal de la habitación es sólo 30 W/m2 que es un factor de 400 veces menor que la pérdida en la corriente de aire. En el ambiente de un cuarto o salón, la mano se sienta cómoda, y en las corrientes de aire y agua, como usted probablemente sabe por experiencia, la mano se sentiría más fría, ya que la pérdida de calor esexcesivamente alta.

PROBLEMA CONVECCION
Un calentador eléctrico de cartucho tiene forma cilíndrica de longitud L=200 mm y diámetro exterior D=20 mm. En condiciones de operación normal el calentador disipa 2 kW, mientras se sumerge en un flujo de agua que está a 20°C y provee un coeficiente de convección h=5000 W/m2 K. Sin tomar en cuenta la transferencia de calor en los extremos del...