CONDUCCI

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TRANSMISIÓN DEL CALOR

• CONDUCCIÓN
• CONVECCIÓN
• RADIACIÓN

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(No Transcript)
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CONDUCCIÓN
La conducción es el único mecanismo de
transmisión del calor posible en los medios
sólidos opacos.
Cuando en tales 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.
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Conducción
Ley de Fourier determinación del flujo de calor
(Estado estacionario)
http//www.jhu.edu/virtlab/conduct/conduct.htm
Experimento virtual de conducción del calor
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Conductividades térmicas de algunos materiales a
temperatura ambiente
Malos conductores
Buenos conductores
La conductividad térmica cambia con el estado de
agregación
... pero la capacidad de transporte de calor no
depende sólo de la conducción
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EJEMPLO 1 CONDUCCIÓN DEL CALOR (Placa plana)
Integración de la ecuación de Fourier
http//hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/thermo/
heatra.html
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Cálculo del 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 valor de la
conductividad k 0.25 Wm-1K -1.
Gradiente de temperaturas
Gradiente de temperaturas constante ? ? la
temperatura varía linealmente
Densidad de flujo
Gradiente de temperaturas constante ? ? densidad
de flujo constante
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Resistencias térmicas
Cuando el calor se transfiere a través de una
pared aparece una resistencia a la conducción
Similitud con circuitos eléctricos
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Ejemplo. Resistencias en serie
Resistencia equivalente suma de resistencias
Ejemplo Calcúlese la resistencia térmica de la
pared de un refrigerador, formada por tres capas
de material, cuyos espesores son, de dentro
afuera 2 cm, 10 cm y 3 cm. Las conductividades
térmicas de los tres materiales son,
respectivamente, 0.25, 0.05 y 0.20 W m-1 K-1.
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EJEMPLO 2 CONDUCCIÓN EN EL AISLAMIENTO DE UNA
TUBERÍA
http//scienceworld.wolfram.com/physics/CylinderHe
atDiffusion.html
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400 ºK
300 ºK
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CONDUCCIÓN EN SUELO
El suelo tiene una capacidad calorífica alta,
entre 0.27 y 0.80 cal/g/ºC, lo que significa que
es un buen acumulador de calor, y una baja
conductividad térmica, que hace que la
penetración del calor en el suelo sea lenta, al
igual que su enfriamiento.
Perfiles en verano (datos media meses julio y
agosto, basado en A. H. Strahler, Geografía
Física)
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Difusividad térmica
m2s-1
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Convección
Cuando un fluido caliente se mueve en contacto
con una superficie fría, el calor se transfiere
hacia la pared a un ritmo que depende de las
propiedades del fluido y si se mueve por
convección natural, por flujo laminar o por flujo
turbulento.
Convección natural
Flujo laminar
Flujo turbulento
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CONVECCIÓN

• La convección es un fenómeno de transporte
  (materia y energía) que tiene su origen en
  diferencias de densidad.
• Cuando un fluido se calienta, se expande en
  consecuencia su densidad disminuye.
• Si una capa de material más fría y más densa se
  encuentra encima del material caliente, entonces
  el material caliente asciende a través del
  material frío hasta la superficie.
• El material ascendente disipará su energía en el
  entorno, se enfriará y su densidad aumentará, con
  lo cual se hundirá reiniciando el proceso.

http//theory.uwinnipeg.ca/mod_tech/node76.html
http//www.sunblock99.org.uk/sb99/people/KGalsgaa/
convect.html
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Ley de enfriamiento de Newton
Capa límite
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(No Transcript)
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Perfiles de velocidad
Turbulento
Laminar
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Perfiles de temperaturas
Ley de Newton del enfriamiento
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http//orpheus.nascom.nasa.gov/kucera/explore/les
sons/convection.html
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Viscosidad propiedad molecular que representa la
resistencia del fluido a la deformación
Dentro de un flujo, la viscosidad es la
responsable de las fuerzas de fricción entre
capas adyacentes de fluido. Estas fuerzas se
denominan de esfuerzo cortante (shearing
stress) y dependen del gradiente de velocidades
del fluido.
Gradiente de velocidad
Viscosidad dinámica
(Pa sNs/m2)
(1 Pa s 10 Poise)
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Viscosidad cinemática (m2s-1)
Fluidos viscosos ? fricción entre capas,
disipación energía cinética como calor ?
? aportación de energía para mantener el flujo
Fluidos viscosos en régimen laminar ? fricción
entre capas, disipación como calor ?
? existen intercambios de energía entre capas
adyacentes de fluido
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Flujo laminar y flujo turbulento
Número de Reynolds
Si Re lt Re CRÍTICO ? Régimen laminar
Si Re gt Re CRÍTICO ? Régimen turbulento
Superficie plana Re CRÍTICO ? 5?10-5
Valores típicos
Conducto cilíndrico Re CRÍTICO ? 2200
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Atmósfera libre
Dirección del flujo ? Gradientes horizontales de
P y T, rotación terrestre
? 1 km
Capa externa
Dirección del flujo ? Condiciones superficiales y
rotación terrestre
Decenas de metros
Capa superficial flujos verticales prácticamente
constantes
Dirección del flujo ? Factores locales
Subcapa agitada
Permeabilidad
Geometría
Aspereza
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RADIACIÓN