Transferencia de Calor

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Transferencia de Calor
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Transferencia de calor

• Es la energía en tránsito debido a una
  diferencia de temperatura.

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Modos en que ocurre la transferencia de calor

• Conducción cuando existe un gradiente de
  temperatura en un medio estacionario y se da la
  transferencia de calor a través del medio.
• Convección Transferencia de calor que ocurrirá
  entre una superficie y un fluido en movimiento
  cuando están a diferentes temperaturas.
• Radiación las superficies con temperatura finita
  emiten energía en forma de ondas
  electromagnéticas.

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CONDUCCIÓN
qk razón de flujo de calor. (Watt) A área de
transferencia de calor. (m2) K conductividad
térmica. (Watt/mK) T temperatura local (K) X
distancia en la dirección del flujo de calor. (m)
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CONVECCIÓN
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RADIACIÓN
qR Tasa de transferencia de calor por
radiación. (Watt) A área de transferencia de
calor. (m2) constante adimensional igual a
5.6710-8. (Watt/m2K4) T Temperatura, K ?
emisividad 0 ? ? ? 1
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Ejercicios

• Una relación empírica para determinar el
  coeficiente de transferencia de calor promedio
  para un flujo de aire dentro de un tubo está dad
  por

hc coeficiente de transferencia de calor, Btu/h
ft2 F V velocidad, ft/s D diámetro interno,
ft. Si hc se tiene que expresar en watts por
metro cuadrado por grados kelvin. Cuál debe ser
la constante en lugar de o.10?
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Ejercicios

• La superficie exterior de un muro de concreto de
  0.2 m de espesor se mantiene a una temperatura de
  -5C, mientras que la interior se mantienes a
  20C. La conductividad térmica del concreto es
  1.2 Watt/mK. Determine la pérdida de calor a
  través del muro de 10 m de largo y 3 m de alto.

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Ejercicios

• Se tiene que construir la pared de un horno con
  ladrillo de dimensiones estándar de 9 por 4.5 por
  3 pulgadas. Se cuenta con dos clases de material
  la primera tiene una temperatura máxima
  utilizable de 1900F y una conductividad térmica
  de 1 Btu/h ft F y la otra tiene un límite de
  temperatura máxima de 1600F y una conductividad
  térmica de 0.5 Btu/h ft F. Los ladrillos cuestan
  lo mismo, pero se desea diseñar la pared más
  económica para un horno que tendrá una
  temperatura de 1900F del lado caliente y de
  400F del lado frío. Si la cantidad de
  transferencia de calor máxima permisible es de
  300 Btu/h por cada pie cuadrado de área,
  determine la disposición más económica utilizando
  los ladrillos disponibles.

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Ejercicios

• El coeficiente de transferencia de calor de un
  gas que fluye sobre una placa plana delgada de 3
  m de largo y 0.3 m de ancho varía con la
  distancia a la arista de trabajo de acuerdo con
• hc (x) 10x-1/4 W/m2K
• Si la temperatura de la placa es de 170C y la
  del gas de 30C, calcule
• a. El coeficiente de transferencia de calor
  promedio.
• b. La razón de transferencia de calor entre la
  placa y el gas.
• c. El flujo de calor local a 2 m de la arista de
  trabajo.

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SISTEMAS DE TRANSFERENCIA DE CALOR COMBINADOS
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PAREDES PLANAS EN PARALELO
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CONDUCCIÓN EN PARALELO
Cómo se puede expresar el calor en términos de la
temperatura?
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CONDUCCIÓN EN SERIE Y PARALELO
Cómo se puede expresar el calor en términos de la
temperatura?
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CONVECCIÓN Y CONDUCCIÓN EN SERIE
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CONVECCIÓN Y CONDUCCIÓN EN SERIE
Cómo se pueden expresar las resistencias en cada
sección?
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CONVECCIÓN Y RADIACIÓN EN PARALELO
18
CONVECCIÓN Y RADIACIÓN EN PARALELO
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COEFICIENTE TOTAL DE TRANSFERENCIA DE CALOR
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Ejercicios

• Una sección de pared compuesta con las
  dimensiones mostradas a continuación tiene
  temperaturas uniformes de 200C y 50C en las
  superficies izquierda y derecha respectivamente.
  Si las conductividades térmicas de los materiales
  de la pared son Ka70 W/mK, Kb60 W/mK, Kc40
  W/mK, Kb20 W/mK. Determine la razón de
  transferencia de calor a través de esta sección
  de pared y las temperaturas en las superficies de
  contacto.

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Ejercicios

• Repita el problema anterior pero suponga que en
  lugar de temperaturas superficiales, las
  temperaturas dadas son las del aire en las caras
  izquierda y derecha de la pared y que los
  coeficientes de transferencia de calor por
  convección en la superficie izquierda y derecha
  son de 6 y 10 W/m2K.

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Ejercicios

• Un calentador solar simple se compone de una
  placa plana de vidrio debajo de la cual hay una
  bandeja poco profunda llena de agua, de modo que
  el agua está en contacto con la placa de vidrio.
  La radiación solar pasa a través del vidrio a
  razón de 156 BTU/hft2, el agua está a 200F y el
  aire circundante está a 80F. Si los coeficientes
  de transferencia de calor entre el agua y el
  vidrio y entre el vidrio y el aire son de 5 y 1.2
  BTU/h ft2F respectivamente. Calcule el tiempo
  necesario para transferir 100 BTU por pie
  cuadrado de superficie al agua en la bandeja, se
  puede suponer que su superficie inferior está
  aislada

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Ejercicios

• La pared de un refrigerador se compone de un
  panel de corcho de 2 pulgadas emparedado entre
  una hoja de encino con1/2 pulgada de espesor y un
  recubrimiento de aluminio con 1/32 de pulgada de
  espesor sobre la superficie interna. Los
  coeficientes de transferencia de calor promedio
  al interior y exterior de la pared son de 2 y 1.5
  BTU/h ft2F respectivamente.
• a. Calcule las resistencias individuales de los
  componentes de esta pared compuesta y la
  resistencia en las superficies.
• b. Calcule el coeficiente total de transferencia
  de calor a través de la pared.
• c. Con una temperatura del aire de 30F en el
  interior del refrigerador y de 90F en el
  exterior, calcule la razón de transferencia de
  calor por unidad de área.