UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA DE PANAMA
FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
LIC. EN INGENIERÍA AERONÁUTICA
CURSO: LABORATORIO DE TRANSFERENCIA DE CALOR
ASIGNACIÓN No. 1
TEMA: CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE TRANSFERENCIA DE CALOR
INSTRUCTORA: JOAHN LEVINE
ESTUDIANTES: FABIÁN GONZÁLEZ (8-975-876)
NICOLE BROCE (8- 977-990)
GRUPO: 1AA241
FECHA:
VIERNES 14 DE ABRIL DEL 2023
CONCEPTOS BÁSICOS SOBRE TRANSFERENCIA DE CALOR
1. ¿Qué es flujo de calor? ¿Cómo está relacionado con la razón de transferencia de
calor?
R: El flujo de calor se puede entender como toda la energía térmica que pasa de una
sustancia a otra en un tiempo y área específicos. Es decir, “es la transferencia de
energía térmica” y para llegar al mismo se debe saber el valor del cambio de
temperatura, la conductividad térmica y la dirección de la transferencia de calor.
Esta cantidad de energía térmica que se transmite por unidad de tiempo es conocida
como la razón de transferencia de calor (𝑄̇).
Ambos están relacionados ya que la razón de transferencia de calor con la “unidad de
área perpendicular a la dirección de la transferencia” es conocido como flujo de calor
y tiene la ecuación de: [1]
𝑞̇ =
𝑄̇
𝐴
(𝑊/𝑚! )
2. ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de energía que se pueden dar hacia una
masa dada?
R: Los mecanismos de transferencia de energía que se puede dar hacia una masa dada
son dos: El calor (Q) y el Trabajo (W).
3. ¿Cómo se distingue la transferencia de calor de las otras formas de transferencia de
energía?
R: Para distinguir ambas formas de transferencia se debe saber que una transferencia
de calor ocurre cuando la fuerza impulsora es una diferencia de temperatura, como
por ejemplo, calentar una olla con agua.
Por otro lado, la transferencia es de trabajo cuando la energía de un sistema disminuye
a lo largo que realiza el trabajo y aumenta si se le aplica un trabajo al mismo. Como
por ejemplo, mover un objeto al empujarlo con todas nuestras fuerzas.
4. ¿Cuáles son los mecanismos de transferencia de calor? Explique cada uno
brevemente. Presente las ecuaciones correspondientes a cada caso.
•
Conducción: La conducción se puede dar en los sólidos, líquidos y gases. Esta
se refiere a la transferencia de energía de las partículas más energéticas a las
menos energéticas que se puedan encontrar en interacción. Estas deberán
entrar en contacto para que sea considerado como conducción, sin embargo
no es necesario que haya transferencia de materia entre ellas.
%&
𝑄̇"#$% = −𝑘𝐴 %'
•
(𝑊)
Convección: La convección es la transferencia de calor por el movimiento
macroscópico de un fluido. Existen dos tipos, la convección forzada y la
convección natural o libre. Estas solo dependen si el fluido es forzado a fluir
mediante medios externos o el mismo movimiento es causado por las fuerzas
de empuje del mismo fluido. En ambos casos, el mismo movimiento del fluido
es el que sigue causando la transferencia de calor sin importar si es forzada o
natural.
𝑄̇"#$( = ℎ𝐴) ( 𝑇) − 𝑇* )
•
[1]
(𝑊)
[1]
Radiación: Esta forma de transferencia de calor es la que emite la materia en
ondas electromagnéticas o fotones. Esta se transmite sin necesidad de
contacto entre los cuerpos, el que emite la radiación y el que lo reciba.
𝑄̇+,% = 𝜀𝜎𝐴) (𝑇)- − 𝑇,.+/%
)
(𝑊)
[1]
Figura No1. Los tres mecanismos de transferencia de calor representados
5. Defina la conductividad térmica y explique su significado en la transferencia de calor.
R: La conductividad térmica (k), en palabras fáciles, es la capacidad que tiene un
material para conducir calor. Un valor más alto de k, es decir, de conductividad
térmica, indicaría que ese material conduce el calor mucho más rápido que aquel que
tenga un valor de k menor. En la transferencia de calor tiene una relevancia ya que la
misma ecuación que se utiliza para definir la transferencia de calor por conducción
es la que se utiliza para la conductividad térmica y esta se podría definir también
como la “razón de transferencia de calor a través de un espesor unitario del material
por unidad de área por unidad de diferencia de temperatura” [1].
6. Explique el significado de la difusividad térmica y que variable la representa. Indique
la ecuación que la representa.
R: La difusividad térmica (𝛼) representa la rapidez con la cual es posible que se
difunda el calor por un material. Mientras mayor es la difusividad térmica, más rápido
se difunde el calor hacia el medio y por el contrario, un valor más pequeño representa
que en su mayor parte el calor es absorbido. La ecuación que lo representa es:
0,.#+ "#$%2"3%#
5
𝛼 = 0,.#+ ,.4,"/$,%# = 6"
!
(𝑚! /𝑠)
[1]
7. ¿En qué difiere la conducción de calor de la convección?
R:
Conducción: transmisión de calor por contacto sin transferencia de materia.
Convección: transmisión de calor por la transferencia de calor por la transferencia de
la propia materia portadora del calor.
8. ¿En qué difiere la convección forzada de la natural?
R: En la convección forzada el fluido se mueve por la acción de una fuerza externa.
Al contrario, en la convección natural el fluido se mueve debido a cambios de
densidad que resultan del calentamiento o enfriamiento del fluido.
9. Defina emisividad.
R: La emisividad es la medición de la capacidad de un objeto de emitir energía
infrarroja. El valor de la emisividad se calcula por la proporciónn de radiación térmica
emitida por una superficie u objeto debido a una diferencia de temperatura con su
entorno.
10. ¿Qué es un cuerpo negro? ¿En qué difieren los cuerpos reales de los cuerpos negros?
R: Un cuerpo negro es un objeto capaz de absorber toda la radiación del espectro
electromagnético que incida sobre él. La diferencia entre los cuerpos reales y los
cuerpos negros reside en la premisa que establece que un cuerpo negro es un cuerpo
físico ideal que puede absorber toda la radiación incidente y emitir radiación
isotrópica en todas las frecuencias y direcciones posibles, mientras que un cuerpo real
o llamado cuerpo gris, es un cuerpo físico no ideal que puede absorber parte de la
radiación incidente y emitir solo una parte de la radiación.
11. Defina absortividad.
R: La absortividad es una propiedad de los materiales que se define como la capacidad
de un material para absorber otra forma de energía. Esto puede incluir la luz, el
sonido, el calor, etc. La absortividad es una medida de la cantidad de energía que se
absorbe por unidad de volumen de material.
12. De ejemplo de 5 aplicaciones en las que utilizamos los conocimientos de
Transferencia de Calor. Explique detalladamente.
R:
• INTERCAMBIADORES DE CALOR: En un intercambiador de calor,
energía térmica se transfiere de un cuerpo o corriente de fluido a otro. En el
diseño de equipos de intercambio de calor, transferencia de calor se aplican
para el cálculo de esta transferencia de energía a fin de llevarlo a cabo de
manera eficiente y en condiciones controladas.
• INTERCAMBIADORES DE CALOR DE FLUJO CONTINUO: Estos
intercambiadores de calor se utilizan cuando uno o ambos de los materiales
que son de intercambio de calor son fluidos, que fluye continuamente a través
de los equipos y la adquisición o abandono de calor de paso.
• PASTEURIZACIÓN: La pasteurización es un tratamiento térmico aplicado a
los alimentos, que es menos drástico que la esterilización, pero que es
suficiente para inactivar los organismos productores en particular las
enfermedades de importancia en un alimento específico.
• CICLO DE REFRIGERACIÓN: Se basa en que a diferentes presiones la
condensación y saturación de los gases es diferente. Si la presión aumenta,
aumenta también la temperatura de condensación.
• PLACA DE INTERCAMBIADORES DE CALOR: Un intercambiador de
calor popular para fluidos de baja viscosidad, como la leche, es el
intercambiador de calor de placas, donde la calefacción y la refrigeraciónn de
líquidos a través de tortuosos pasajes alternos entre las placas verticales.
Referencias
[1] Çengel, Y. A. (2007). Transferencia de calor y masa (3ra ed.). México: Mcgraw Hill
Interamericana Editores, S.A.