TRANSFERENCIA DE CALOR

ADMINISTRACION
INDUSTRIAL

OPERACIONES INDUSTRIALES

TRANSFERENCIA DE
CALOR
Ing. Pablo MILACHAY
ESPINOZA

OPERACIÓN/TRANSFERENCIA
DE CALOR
Se
puede
definir
como la transmisión
de energía de una
región
a otras,
como producto de la
diferencia
de
Temperatura
entre
ellas. El flujo de
calor se rige por una
combinación
de
varias leyes físicas
independientes.

TRANSMISIÓN DEL
CALOR

MECANISMO
S:
CONDUCCI
ÓN
 CONVECCIÓ
N
 RADIACIÓN

3

Mecanismos de
transmisión de calor

CONDUCCIÓN: transferencia de
energía desde cada porción de
materia a la materia adyacente
por
contacto
directo,
sin
intercambio, mezcla o flujo de
cualquier material.

CONVECCIÓN:
transferencia de energía
mediante la mezcla íntima
de distintas partes del
material:
se
produce
mezclado e intercambio de
materia.

Convecciónnatural:
el
origen del mezclado es la
diferencia de densidades
que acarrea una diferencia
de temperatura.

Convección forzada: la
causa del mezclado es un
agitador mecánico o una
diferencia
de
presión
(ventiladores,
compresores...)
impuesta
transferencia externamente.
de energía mediada

RADIACIÓN:
por ondas electromagnéticas, emanadas por los
cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos 4FLUJO DE CALOR
Energía que atraviesa
superficie por unidad
tiempo  Potencia
watios

Potencia =

una
de

Energía
Tiempo

 

T T ( x )

x

Densidad de flujo


Q
dT
Potencia que atraviesa una
 k
dx
superficie por unidad de tiempo y A
unidad de área
Watios/m

2

A

Potencia
Área
5

CONDUCCIÓN
La conducción es el único mecanismo de transmisión
del calor posible en los medios sólidos opacos.
Cuando entales medios existe un gradiente de
temperatura, el calor se transmite de la región de
mayor temperatura a la de menor temperatura
debido al contacto directo entre moléculas.
CALOR

Conducción

Por este
mecanismo
el calor
puede ser conducido a través de sólidos,
líquidos y gases.

6

Ley de Fourier: determinación del flujo de calor
Permite cuantificar la rapidez del flujo de calor porconducción y
establece
que:
(Estado estacionario)
Conductividad térmica (W·m-1·K-1): calor que
atraviesa en la dirección x un espesor de 1 m del
material como consecuencia de una diferencia de 1
x
grado entre los extremos opuestos

Q

X

Calor difundido
por unidad de
tiempo
J/s, cal/s y Btu/h

Q
Q 
t

Btu/h*pie*F

dT

Qx  kA
dx
Superficie (m2): superficie
a través de la cual tiene
lugar la transmisiónde
calor (pie2):

Kcal/h*m*C

J/s*m*C

Gradiente
de
temperatura
(C/m):
variación
de
la
temperatura
en
la
dirección indicada por x.
(C/m) (F/pie)
 
7

Conductividades térmicas de algunos materiales
a temperatura ambiente

Malos conductores

Buenos conductores

1 BTU/(h*pie*F) = 4,1365x10-3 (cal/(s*cm*C))= 1,73 073
(W/m*K)

La conductividad térmica cambia con el estado de agregación

J/s*m*C
8FLUJO DE CALOR A TRAVÉS DE UNA PLACA PLANA
Por Integración de la
ecuación de Fourier

 

Conductividad térmica

Tcaliente=
T2

Tfria=
T1

Área
 

A

x
Espesor

Calor transferido en el tiempo t

Q

Q
t
9

Ejemplo 1: Calcular el flujo de calor a través del tabique de una
habitación, de 34 cm de espesor, siendo las temperaturas
interior y exterior de 22 ºC y 5 ºC respectivamente. Tómese
como valorde la conductividad k = 0.25 W·m-1·K -1.
Gradiente de temperaturas

dT Tdentro  T fuera 22  5


50 K m  1
dx xdentro  x fuera
0.34

Tdentro

dT
dx

Q x
A

Gradiente de temperaturas constante 
 la temperatura varía linealmente
Tfuera

Densidad de flujo

Q
dT
 k
 0.25 50  12.5 W m  2
A
dx
Gradiente de temperaturas constante 
 densidad de flujo constante

0.34 m

xfueraxdentro

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Ejemplo 2: Una gran ventana de vidrio mide 2 m de
ancho y 6 m de alto. la superficie interior está a 20 0c
y la superficie exterior a 12 0c. ¿cuántos joules de
calor pasan a través de esta ventana en una hora?
suponga l = 1.5 cm y que k = 0.8 j/s.m.c
A = (2 m)(6 m) = 12 m

2

 

200C 120C
t= 1 h

A

(0.8 J/m s C0 )(12 m 2 )(8 C 0 )(3600 s)
Q
0.0150 m

Q
Q == 18432000
18432000 JJ

Q=...