FUNDAMENTO DE MECÁNICA DE FLUIDOS Y TERMODINÁMICA Transferencia de calor
REPASO CLASE ANTERIOR •
•
¿Qué es calidad “X”? ¿Cómo relacionamos la calidad con el volumen específico?
CAPACIDAD QUE QUEREMOS ADQUIRIR: Identificar y evaluar las forma de transmisión de calor LOGRO DE LA SESIÓN: Evalúa y analiza equipos de transferencia de calor
CONTENIDOS DE LA SESIÓN •
•
•
•
•
Tipos de transferencia de calor de manera general Conducción Problemas de conducción Convección Problemas de convección
MOTIVACIÓN Ver el siguiente video
¿Cuántos tipos de transferencia de calor observaron?
TIPOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
CONDUCCIÓN
CONDUCCIÓN
=
∆ ൗ
Donde: K : Conductividad térmica, W/mK (BTU/h.pie.°F) L : Espesor, m (pie) A : Área transversal al flujo, m2 (pie2) T : T1-T2, K (°F) qk : Tasa de transferencia de calor por conducción, W (BTU/h)
CONDUCCIÓN
− 2 =
− 2 =
Ejercicio 1 Calcule la resistencia térmica y la tasa de transferencia de calor a través de una hoja de vidrio de ventana (k=0,81 W/m K) de 1 m de altura, 0,5 m de ancho y 0,5 cm de espesor, si la temperatura de la superficie exterior es 24°C y la temperatura de la superficie interior es 24,5°C. Rpta: a) 0,0123 K/W; b) 40,7 W
Ejercicio 2 Un chip cuadrado de silicio de 7 x 7 mm y 0,5 mm de espesor se monta sobre un sustrato plástico como se muestra en el siguiente bosquejo. La superficie superior del chip se enfría por medio de un líquido sintético que fluye sobre él. Los circuitos electrónicos en la parte inferior del chip generan calor a una tasa de 5 W que se debe transferir a través del chip. Estime la diferencia de temperatura entre la superficie frontal y posterior del chip. La conductividad térmica del silicio es 150 W/m K. Rpta: 0,34°C
Ejercicio 3 Se transfiere calor a una tasa de 0,1 kW a través de un aislamiento de lana de vidrio (densidad=220 Kg/m3) de 5 cm de espesor y 2 m 2 de área. Si la superficie caliente está a 70°C, determine la temperatura de la superficie fría. Rpta: 271,6 K
CONVECCIÓN
CONVECCIÓN
= ℎ ∆ Donde: hc : Coef. de tranf. de calor por convección promedio, W/m2K (BTU/h.pie2.°F) A : Área transversal al flujo, m2 (pie2) T : Ts-T, K (°F) qc : Tasa de transferencia de calor por convección, W (BTU/h)
CONVECCIÓN
1 = ℎ
Ejercicio 4 Calcule la tasa de transferencia de calor por convección natural entre un techo de un cobertizo con un área de 20x20 m y el aire ambiental, si la temperatura superficial del techo es 27°C, la del aire es -3°C y el coeficiente de transferencia de calor por convección promedio es 10W/m 2K. Rpta: 120 000 W
Ejercicio 5 Un muro de ladrillos de 0,1 m de espesor (k=0,7 W/mK) está expuesto a un viento frío a 270K con un coeficiente de transferencia de calor por convección de 40 W/m 2K. En el otro lado el aire está en calma a 330 K, con un coeficiente de transferencia de calor por convección natural de 10 W/m 2K. Calcule la tasa de transferencia de calor por área unitaria (es decir el flujo de calor). Rpta: 223,9 W/m2
Ejercicio 6 Un fluido criogénico está almacenado en un recipiente esférico de 0,3 m de diámetro en un ambiente de aire en calma. Si el coeficiente de transferencia de calor por convección entre la superficie exterior del recipiente y el aire es de 6,8 W/m 2K, la temperatura del aire es de 27°C y la temperatura de la superficie de la esfera es -183°C, determine la tasa de transferencia de calor por convección. Rpta: 404 W
RESUMEN •
•
•
Tipos de transferencia de calor de manera general ¿En qué casos se produce la conducción? ¿En qué casos se produce la convección?
Siguiente clase….. •
Veremos la primera ley de la termodinámica
