ADMINISTRACION INDUSTRIAL

Transcripción

1 ADMINISTRACION INDUSTRIAL OPERACIONES INDUSTRIALES E301 SEMANA 17: TRANSFERENCIA DE CALOR INST. LUIS GOMEZ QUISPE

2 OBJETIVO Al termino de la sesión el aprendiz podrá reconocer los equipos de Transferencia de calor y calcular la cantidad de energía transferida de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura.

3 EJEMPLOS DE MAQUINAS QUE TRANSFIERE CALOR

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7 ALETAS DISIPADOR DE CALOR

8 Sistema de calefacción romano 30/05/20 Y Milachay 8 17

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10 HORNOS DE TRATAMIENTO TERMICO

11 EQUILIBRIO TERMICO

12 Ley cero de la termodinámica Si los objetos A y B se encuentran por separado en equilibrio térmico con un objeto C, entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre si. A C B T A = T c T B = T c T A = T B

13 Equilibrio térmico. Obviamente, si un cuerpo adquiere calor, es porque otro lo cede, de forma que: Q absorbido = Q cedido Sea A el cuerpo de menor temperatura (absorberá calor) y el B de mayor temperatura (cederá calor). Al final, ambos adquirirán la misma temperatura de equilibrio (T eq ): m A c ea (T eq T 0A ) = m B c eb (T eq T 0B ) O también: m A c ea (T eq T 0A ) = m B c eb (T 0B T eq ) 13

14 Equilibrio térmico

15 Equilibrio térmico

16 INTERCAMBIO CALOR

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28 TRANSFORMACION DE CALOR LEY DE FOURIER EJERCICIOS

29 Ejemplo Una barra de acero de 10,0 cm de longitud se suelda a tope con una de cobre de 20,0 cm de longitud. Ambas están aisladas por sus costados. Las barras tienen la misma sección transversal cuadrada de 2,00 cm de lado. El extremo libre de la barra de acero se mantiene a 100 ºC, y el de la barra de cobre se mantiene a 0 ºC. Calcule la temperatura de la unión de las dos barras y la razón de flujo de calor. Solución Las corrientes de calor en las dos barras deben de ser iguales (100 T) H k A L acero T acero acero (T 0) H k A L cobre cobre cobre

30 Ejemplo Suponga que las dos barras se separan, un extremo da cada una se mantiene a 100 ºC, y el otro, a 0 ºC. Determine la razón total de flujo de calor en las dos barras. Solución (100 0 ) H acero kacero A 20,1W L acero (100 0 ) H cobre kcobre A 77,0 W L cobre H H H 97,1W acero cobre aislante 5/30/

31 Ejercicios de aplicación Una habitación tiene una ventana de 3,0 m 2 de superficie con un vidrio de 1,0 cm de espesor. La temperatura del aire exterior es de 3,0 C. A qué temperatura podrá llegar la habitación si la calentamos con una estufa de W? K vidrio = 0,84 W/m C. Solución: ,0 10 T C 3,0 C 0,84 3, 0 T HL T KA 1 2 T1 4,0 C 3,0 C 7,0 C

32 Corriente calorífica La corriente calorífica H se define como la cantidad de calor Q transferida por unidad de tiempo en la dirección de mayor temperatura a menor temperatura. vapor hiel o H Q ( J / s) Unidades típicas son: J/s, cal/s y Btu/h

33 Conductividad térmica La conductividad térmica k de un material es una medida de su habilidad para conducir calor. t 1 t 2 H = corriente calorífica (J/s) A = área superficial (m 2 ) Dt = diferencia de temperatura Dt = t 2 - t 1 L = grosor del material H Q kadt L k QL A Dt Unidades s J m C

34 Las unidades SI para conductividad Calient e Frío k QL A Dt Para cobre: k = 385 J/s m C 0 Taken literally, this means that for a 1-m length of copper whose cross En unidades SI, section is 1 m 2 por lo general mediciones pequeñas de longitud L and whose end points differ in temperature by 1 C 0 y área A, heat se deben convertir a metros y metros cuadrados, respectivamente, antes de will be conducted at the rate of 1 J/s. sustituir en fórmulas.

35 Unidades antiguas de conductividad Dt = 1 F 0 1 h A=1 ft 2 Unidades antiguas, todavía activas, usan mediciones comunes para área en ft 2, tiempo en horas, longitud en pulgadas y cantidad de calor en Btu. Q=1 Btu L = 1 in. k de vidrio = 5.6 Btu in/ft 2 h F 0 Tomado literalmente, esto significa que, para una placa de vidrio de 1 in de espesor, cuya área es 1 ft 2 y cuyos lados difieren en temperatura por 1 F 0, el calor se conducirá a la tasa de 5.6 Btu/h.

36 Conductividades térmicas A continuación se dan ejemplos de los dos sistemas de unidades para conductividades térmicas de materiales: Material J/s m C o Btu in/ft h F 2 0 Cobre: Concreto o vidrio: Tablero de corcho:

37 Ejemplos de conductividad térmica Comparación de corrientes caloríficas para condiciones similares: L = 1 cm (0.39 in); A = 1 m 2 (10.8 ft 2 ); Dt = 100 C 0 Aluminio: 2050 kj/s 4980 Btu/h Cobre: 3850 kj/s 9360 Btu/h Concreto o vidrio: 8.00 kj/s 19.4 Btu/h Tablero de corcho: kj/s 9.72 Btu/h

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39 APLICACIÓN LEY DE FOURIER

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42 La inteligencia consiste no sólo en el conocimiento, sino también en la destreza de aplicar los conocimientos en la práctica. Aristóteles

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