Transferencia de Calor: Conducción, Convección y Radiación, Apuntes de Calor y Transferencia de Masa

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s1ernen e5 el ·,riverso o\e\ Ohm, s= .Jl-^1

Lo1 etVO\t\Ón est01 \imito1do1 cii us L

cuse en 01leo1c1ones, (^) '°º' ]~ l l • tle ~ \01 c.om\Oos tcioh (^) Y tempcro1tur01. ,- o e peno enctq

As es e\ ci~,o sv\oed,uC\ et ha\Jés de \o\ cuctl time \uqor \o\ hetnsfrmici' de w\o, po• con-vecClc>n es \a ~empe(~tt>re\ dt ~ SO\oer hC\e es lOl t~rn~•ol<.,ro, de\ fl01o\o su(1ucnterY1en+e a\ejoo\o de es~a

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E\ coe{\ucnte- de iransfcfencia de co\or pot corwecc 1 oñ prnp1e clC\cl de\ flu\clo.

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\Jd1ov~s tto.11~(crcnc1e1 tÍp1co~ (^) ol~del cc:110, co~(toen por ~e convecc1on ch•. Tipo de (01\lltttio,'.; \1, 'W / Mz ºe c~iitºn lii<e .le conv,cc1 1;qu1clo's º" 11 bcc d<

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Se püe de ~~)pone, que 1oc\a^ ^ ~ 1 o^ O^ <^ ~^ t<;^ ~,^ t^ O^ /^9^ uc-^ se^ puc.^ d^ r torne\ e\ _o¡yeo_ soped1c10\ el.e\ hans1Sio( como i°'u0,' Cl\ drfc, ck 5v be1se 1 sin coe{1c1cn~r promto\io ole +rc::\nsfcrrnc101^ efe^ calor^ por^ convccc1oñ €S \iiWtffl'º~-

Detnm1nc^ la^ -kmpcraturo^ de^ la^ p\C(co.^ de^ a\vm1^ n^ 10.^ Dcscon'k^ (ut1lo¡utrr etec\o d.e Yod1cH1ón •

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Pota hnes tie \rnnsferenc1a de cn\01, un hombre dt^ \QlC^ FJe*^ toued(' tOflt\dtto.t tom~ s1 futte1^ un^ C\lncho^ verhca^ de~^ o\e^ o,am~bo ~ 11 o c. m de \ongd \Jól , e 011 ~up(d ,ors m tenor^ /^ ex~"^ o.r^ a,^ s^1^ ticlO\S c.on ,~ su~thue \°'rera^ o^ u"1C^ \e\1'\percdorq^ promedio^ ele^ 31ºc' ,¡ u'<\ c_od,utn-\e^ cle^ \rcrnsfrrenCtet^ ck^ co\or^ \ºº'^ u,rw~c<\oñ^ olt^ ew^ ¡miec De. te <vvnrie \ ~ rcn: o·n dt ho!'\Sierenuo^ d.e^ to.^ lol^ \OC1^ <;On^ ve^ ce^ \Ofl^ ele^1 · h (^) O m 'o n~ e r. vn m t (j I o t:' m b^ Ie"^ ~^ o^ o.^18 º^ c.^.

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la v C\c.Óri máximct de lct rctd1cto0rí q1Jc se \ooede trni^ hr^ desde^ on^01 1 Sotoey^ fine^ et^ onol^ tcvnperOlh>ro^ -ermodiná^ 111\COI^ Ts^ ten^ K^ o^ R)^ es ex1ore5ctdct ¡oor la Ley ole stefon- Bo\t7.mann como

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Dono\e :

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el e le1 -tcmperct +orci dt'I Y'1Cjí11 ·

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la YO\d1cmoñ emitido. po( todct~ las suped1c1es fee1k's^ es^ menor^ q^ ve \01 emittolO\ po( on coc.rpo ne.gro ct \o\ m,smot tc:m percttor()I y st e. X \OYeSci (Dmo.. ' f.rn1':il\Hdctd. de e1~unos rn~kno \es a 300 K

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Lo^ .t'(^ o\e^ K^1 rchnof^ f^ de~^ Yo1d~c1oñ^ o.hrmC^ qve^ \O^ rm1s1v1dad '( ~ 01'b-sorhv10\01o\ o\e onet. su10ed1r1e ct onct fempero,turo.^ y \oh9ítvci o\e^ ono\o^ son^.^ l~>Cl\es.

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tennod1r¡cim1cct^ !alrcd,^ y^ se1oofada

Sup~r^ f1c.1~ C.1 < t.UlclUn ~

P.º'^ un^ ~ctS^ (como^ e.l^ e1ire)^ O\Ue^ no :nted1ere^ con^ la^ rnd,actoñ,^ la^ rcnoñ

net-C\ de.^ lct^ trct11sEe,tnc1ol^ de.^ calor

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solo se.^ enlnc:Ho.^ ~or^ r01ol1ctuvfi.

Sl>pongoL^ que^ LCL^ ho1nskrL..nUQ.^ - de.^ c.etlo(^ desJe^ la^ superficie 10.fruo,^ d~^101 coJG^ hacJot^ el^ ¡oe.clc.sto1^ l^ e~^ (i:ks^ pre.c1ctble. / Gw.o:^ E^ a^ As^ l^ 1s^1 -^ T^1 alreol) O•Srf^ _^ _lt=0•0_

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A

3ºC 1i•d ,, JºC

X

Materia:Mecanismos^ detransferencia

21l°C

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3~c: 3º C

JºC

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Q

Conducción^ de^ calor en estado estacionario en paredes^ planas

✓ Latransferencia de calor^ en^ cierta^ direcciónesimpulsadapor el gradiente de temperatura {diferencial de temperatura)^ en esadirección.

✓ No habrá transferencia de calor en una dirección^ en^ la cual no hay cambioenlatemperatura.

✓ Lasuperficie de una paredesprácticamente isotérmica.

✓ Setiene una diferencia considerable^ enlastemperaturas entre

lassuperficies^ interior^ y exterior de dicha pared^ y,^ por lo tanto, transferencia de calor significativaen^ ladirección dela superficie interior hacialaexterior.

Tema111:Transferenciade^ calor

✓ El espesor pequeño de^ 1~^ pared hace que^ el^ gradiente de temperatura^ en^ esadirección^ sea^ grande.

✓^ Además, si las temperaturas del aire dentro^ y^ fuera de la casa permanecen constantes, entonces latransferencia de calor a través^ delapared de una^ casa^ sepuede considerar

como estacionaria^ (condiciones^ constantes)^ y

unidimensional^ (en^ una sola dirección observe que en este

caso es^ en^ "x").

✓ En este caso,^ la^ temperatura^ de^ la^ pared^ presentará dependencia sólo^ en^ una dirección^ (es^ decir,^ la^ dirección^ x) y se puede expresar como^ T(x).

11 i^ =r=r^ r~1n^ CV,,^ I'^^11

Para la conducción unidimensional de calor en estado estacionario T(x) dT QCond 1 pared^ =^ -KA^ dx^ (W)

Donde: Q cond parecl y A (^) delaparedesconstante^ dT , porlotanto^ -d X^ =^ constante

O L

Materia: Mecanismosdetransferencia

dT Qcond, pared = -KA dx

Tema111:Transferenciadecalor

(W)

. · J Al separarlavariable en (^) la ecuación anterior e integrar desde x =O, donde T{O)=T

hasta x =L,dondeT(L) = T 2 ), se obtiene

L T

f.

Q dx (^) = -J, KAdT x=O T=T

l •^ Ley^ de^ Fourier^ de^ la^ conducción^ del^ calor

(T1 - Tz)

Qcond,pared = kA L

ResistenciaTérmica en losdiferentesmecanismos detransferencia de calor

Conducción Leyde Fourierdela conduccióndel calor

(T1 -Tz) Q cond,parect = kA L

(T1 -Tz) Q conct,pared = R cond

L Rcond = kA

Convección Leydeenfriamiento de Newton

Q conv _- (Ts-Toa)R

conv

1 Rconv, = hAs

Redde resistencias térmicas

Radiación Laley deKirchhoff

Q rad _-^ (T^5 -Tulred) Rrad , 1 Rrad = (^) '"rad1, A s

co11vec_ció11^ Ra1,ón^ de de^ In calor^ )^ (^ Razón^ d,;:^ la^ )^ (^ Razón^ ele^ la^ \

= co11ducción de cr1./or == ,;om·t•c,-ió11 de calor ¡,

hacia la pared a travé$ de la pared desde la pared /

Conv,ección

T 001

• (^) r T 1 - T, Q = 111 A.(T"" 1 - T1) = kA L - = h 2 A(T 2 - T,,, 2 )

Area (A) Conductividad térmica (k)

Q =^ T^^001 -^ T1^ =^ T1^ -^ Tz^ _^ 1'2^ -^ T^^002 R (^) conv ,1 R pa red - Rconv,

Rtotal

[

Donde:

Tool^ -Too Q=---- ' Rtotal

11

1 L^^1 Rtotal = Rconv,l^ +^ Rpared^ +^ Rconv,2^ =^ hi^ A^ +^ kA^ +^ hzA

El área A de^ la^ transferencia^ de^ calor^ es^ constante^ para una^ pared^ plana^ y^ la^ razón^ de^ esa^ transferencia a

través^ de^ una^ pared^ que^ separa^ dos^ medios^ es^ igual a^ la^ diferencia^ de^ temperatura^ (T^ _^1 -^ T^ _^2 )^ dividida entre

la resistencia^ térmica^ total^ entre^ los^ medios.

Cons1d~re^ una^ \Jenk.u10^ de.^ v,dr,o^ ole^ •^ ~m^ de^ Al^ fo^ y^ -,^ ·^5 rn^ ole a t ( ro con un es peso r ole B mm y onQ cono\oc ti v Iol ctd rerm^ I^ e^01^ I<^ = 0-1~ W/mºC - De.t-ernHne eJ e@ la ra1oñ de tronsfcrcncla de. color e.~ t~uona na o\ ho. ve.e de ~ ven+ana WO\ndo IO\ ~crprr-ft-t.^ ~t^ '/^1 ~ ~em pera _turC_ d t lol Sl> pe,r t I e, e i rd e.nv r^ Pº'^ Vol^ un^ dí^ et^ cuando^ el C oct d o se rn O\ ni , e ne o\ ;¿ o º e en ·t cnd-o ~ oe I et. ex i e r t o v- es de -^ J^ O^ "^ e^ ., Tome los coehuen+es convechvos od interior^ y^ ex-fcnoY^ de^ _JO_^ Vtn-lo1n CDmo 10 y -tJ O w/m^2^0 c (es¡oed,vonne;.de (^) I olescade coc:d9ü1cr^ +,^ ¡oo^ oir tran.)ferenc1ol ole^ ro1lor^ ¡oor^ rc,iol1otc1on.

Área = (O·St'Y'X^ 1•5Yn)^1 ::^1 _.._^ _2m--_ ## T cP 2 ~ -1 0 º C h;i_ = -1 _o ,rJ/m_^2 _ºC_^ T=a^ T, T-,2 1 o::>.z _'WVJA._ • **_NMA_** **E** ~ • L = _()._ ooirn ## Rcohv 1 1 Rconcl RCOt\\l 2 K-= _º•18_^ _w/mºc_ ~ t + " .. ~ (^) ~ (^) ~ (^) ♦ (^) t 1- t (^) t _r_ 1 1 t^ ~^ ~ #### FlrST CLuSS - .Re~1stenoas^ tern11cas^ en^ co.¡da1s^ múll,e\cs . Q~ :Iw, - **J"Q'!)a** ### Í(,o,AI. 1/11/.,2" o. RtoiAL -:. l(:t.Cn\111 t R.tooa •• , ~ ~1.ci-'\<l.. :-\ **Rc.on.z.** pc1ft<Á Q^1 ·',; , Áre~ ~c..1ccl **0'** TS,..L-I--L,.---1----l---+,-~-l-+H-+---+++--t---J-----¡---t-~---+----,r 1 1 t- ~---i-- --1--1------+--1--+--+---+--lf-t-----^ J._~¡::__..........-+--+-^ i^ L____..^ __ #### FiiSTCLass U11r1^ nolm^ is^ le^ ,M^ lt^ t,^ 11d^ I^ J _J."'"'_ ¡ !( ¡~\'^ l^ q^ ,,~rlo^ f^ ,^ f^1 e\ 1 l l' , "' <lt ,, h r I K f' f' ¡ Vv 1 ~ ) • I **tlt cntr• t, lo 1 ,,e,, 1 f\ r('• 111 lo**^ **el**^ **d(**^ **('I**^1^ ('I \1 n' \ º"º **J lo Hlfl rº ni l)I (lS**^ **df**^ **lo**^11 **¡lcr**^ **_l\_**^ , **ll1**^ **cl,a**^ ,11,IC^ {\^ **,u:,,40**^ **'>l**^ **1M111h**^ ll^ _t_ \ u,ifnol 1"^ ~^ dt11^ ,^ e^ k^1 ~ t I eltn t , o ~ e 1 , el ~ t y le~ t'"~ ~ 1 c-1 ,,,, lvl/C" lo r rrlrs el In 11 11 , 1C'rt l e ### O•tlOffl ~ .,. _Arect =_ 1m^2 _ím.z:_ -IOºC. _r\-ii =_ ◄Ow/m2ºc. fú.c. d G. : T99 • - T **ae 2, Í( "T0"11'L** **ftt"UL** : (^1) * ~ _A_ ## L K,A f^ .,^ .1^ •^ J.._^ 111"^ •t 10 W _1,,.i_ a ,e ### T◄ t ...L 1 _¡_^ ~^ .J._ _K_ A l3~^ hl^ _Al_ -: o-1 ·t / w .·• _\J_ 1 1, 1 \ \( t 1 1 In _(_ 1 _r-_ ' f, \ r\ 1 pr h _tt n_ · R 4,r<t ),('( t -^.^ 5.^ t^ _l_^ S^ X.^ \O J^ ºC^ _/v.J_ O·l~w^ 1~ '"'^ ## r,,'° e t -02.,w^ 1~'- - O•~~~^ •e^ **/W** ~'\/14 -; º ºº""'l o ,"'!, ~~ \ 1 W\ ~-1146;,.10·1 • (^) c/w