transferencia de calor

Notas de Transferencia de Calor, 2014, Dr. Juan Carlos Prince Avelino

TRANSFERENCIA DE CALOR
OBJETIVO: conocer y comprender los diversos mecanismos de transferencia de calor y
aplicar sus leyes en la solución de problemas de ingeniería.
UNIDAD I
1.1
1.2
1.3
1.4
UNIDAD II

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Conceptos Básicos, definiciones, objetivo, mecanismos de transferencia decalor.
Conducción, Ley de Fourier.
Convección, Ley de Newton.
Radiación, Ley de Stefan-Boltzman.
CONDUCCIÓN

2.A Conducción Unidimensional en Estado Eacionario
Superficies planas simples y compuestas.
Superficies cilíndricas simples y compuestas.
Superficies extendidas ( Aletas ).
2.B Conducción Transitoria
Análisis Global, temperatura en función del tiempo.
Análisis gráfico detemperatura en función del tiempo en paredes planas, cilindros y esferas.
UNIDAD III
CONVECCION
3.A Convección Forzada
Fundamentos de convección forzada, números adimensionales.
Convección forzada en flujo laminar.
Convección forzada en flujo turbulento.
3.A Convección Natural
Fundamentos de convección natural, números adimensionales.
Convección natural en flujo laminar.
Convección forzada enflujo turbulento.
UNIDAD IV
INTERCAMBIADORES DE CALOR
Generalidades de intercambiadores de calor.
Análisis de intercambiadores de calor por el método LMTD.
Análisis de intercambiadores de calor por el método eficiencia-NTU.
UNIDAD V

RADIACIÓN
Fundamentos de radiación
Factores de forma e intercambio de calor radiante

Bibliografía:
1.- Introduction to Thermal Systems Engineering: HeatTransfer. Moran-Shapiro-MunsonDeWitt.Holman. Edit. John Wiley.

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UNIDAD I

FUNDAMENTOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

DEFINICIONES Y CONCEPTOS BÁSICOS
TERMODINAMICA:

Estudia La relación entre calor y otras formas de energía.

TRANSFERENCIA DE CALOR:

Analiza la razón del calor transmitido en un sistema,siempre que exista un gradiente de temperatura.

En la primera Ley de la Temperatura hay dos tipos de energía de transferencia: el calor (Q)
y el trabajo (W) y se relaciona mediante la siguiente expresión: Q-W=ΔE
La primera ley de la termodinámica es conocida también como ley de la conservación de la
energía.

TEMPERATURA:

Es la propiedad del sistema que nos determina si este sistema esta enequilibrio térmico con otro sistema. En otras palabras, los sistemas A
y B en equilibrio térmico si sus temperaturas son idénticas, esto es:

TA = TB
LEY CERO DE LA TERMODINAMICA: Si los sistemas D y C están cada uno de manera
separada en equilibrio con un tercer sistema A,
entonces B y C están en equilibrio.

TA = TB

TB = TC, por lo tanto TC = TA

OBJETIVO DE LA TRANSFERENCIA DECALOR:
Es describir la manera en que la diferencia de temperaturas, digamos TA y TB gobierna la
magnitud de la razón de transferencia de calor entre el sistema A y sus alrededores B, es
decir, Q = Q [TA, TB, tiempo, propiedades termofísicas, geometría, flujo].
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AREAS DE APLICACIÓN DE TRANSFERENCIA DE CALOR
a)
b)
c)Aislamiento térmico.
Aumento de transferencia de calor.
Control de temperatura.

MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
a)
b)
c)

Conducción.
Convección
Radiación.

a) CONDUCCION

Aplicando la 1ª Ley de la termodinámica al elemento diferencial

 Qx  Qx  x   W  dE
dt

Considerando W = 0

Qx  Qx   x 

dE
dt

E = energía interna
E = mU
U = energía interna especificam = masa del sistema
m = Vρ
V = AΔxρ
E = ρAΔxU

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Y a su vez:
dU = C d T

E= m C ΔT

C = calor especifico

dT
dE
 xC 
dt
dt
LEY DE FOURIER EXPERIMENTAL
Qx = -KA

dT
dx

K = conductividad térmica
A = área transversal
dT
= gradiente de temperatura
dx

 T T 
Qx = -KA  2 1 
 x ...