transferencia de calor
1. OBJETIVOS.
OBJETIVO GENERAL:
OBJETIVO GENERAL:
Reconocer la importancia de la transferencia de calor en los diferentes y cuerpos y medios que se pueda presentar.
OBJETIVOS ESPECÍFICOS:
* Diferenciar los tres mecanismos en los que se puede transferir el calor.
* Analizar por qué se transfiere el calor de un cuerpo a otro en diferentes temperaturas.
*Conocer la importancia del paso de energía térmica en la vida real.
2. JUSTIFICACIÓN
Durante el aprendizaje de los procesos de transferencia de calor se consideran de forma gradual análisis y condiciones más complejas. Es así como se inicia con el caso simple de conducción de calor en esto estable sin generación interna y se van ampliando conceptos. Muchos problemas en la ingeniería involucran situaciones en las que hay condiciones que varían con el tiempo, y se sabe también que en los procesos de transferencia de calor ciertas variables de procesos dependen de la variación de la temperatura de un cuerpo en función del tiempo y la posición. Para efectos de estudio, primero se considera que la temperatura del cuerpo solo varía con el tiempo y no con la posición. Esta práctica de laboratorio tiene como objetivo principal estudiar la dependencia temporal de la distribución de temperaturas dentro de un sólido.
3. MARCO TEORICO
En el análisis de transferencia de calor, se observa que algunos cuerpos se comportan como sistemas concentrados, en los cuales la temperatura interior permanece uniforme en todo momento durante un proceso de transferencia de calor. La temperatura de esos cuerpos se puede tomar solo como una función del tiempo, T (t). Un cuerpo de masa m, volumen V, área superficial As, densidad y calor específico Cp que se encuentra inicialmente a una temperatura inicial experimenta un proceso de transferencia de calor entre el cuerpo y el medio ambiente que se encuentra a la temperatura ∞ , con un coeficiente de transferencia de calor h.
La transferencia de calor es el paso de energía térmica
desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un
cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura
diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica,
también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de
tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La
transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más
frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una
diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la
transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
Los modos de transferencia son diferentes procesos de transporte de calor, usualmente se agrupan en tres tipos según haya también transferencia o no transferencia de materia (o fotones)como los siguientes :
- Conducción: Es la transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura.
- Convección: La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.
- Radiación: se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.
La conducción de calor o transmisión de calor por conducción
es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los
cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo
a mayor temperatura a otro a menor temperatura que está en contacto con el
primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para
conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la
conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los
materiales para oponerse al paso del calor.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o
entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que
es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus partículas
microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la
materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe
principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende
del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos
de vibración de sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no
metálicos).
Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en
una sola dirección, el calor transmitido es proporcional al área perpendicular
al flujo de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de
temperatura, y es inversamente proporcional al espesor
La convección es una de las tres formas de transferencia de
calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas)
que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección
se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama
convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido,
por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en
una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se
mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende,
ocupando el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en
un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y
frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía
entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador
u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un fluido es
más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una
circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente
de temperaturas en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con la
Ley del Enfriamiento de Newton:
Donde h es el coeficiente de convección (o coeficiente de
película),
A_{s} es el área del cuerpo en contacto con el fluido,
T_{s} es la
temperatura en la superficie del cuerpo y T_{\inf} es la temperatura del fluido
lejos del cuerpo.
dev c++
0 comentarios :
Publicar un comentario