Transferencia de Energía
Módulo 7
FÍSICA 2
2021 - 2
Videoconferencia 08
Tema: Transferencia de Energía
proyecto K’OÑICHUYAWASI : CASA CALIENTE LIMPIA
Tema: Transferencia de Energía
Responder:
https://www.menti.com
¿Cómo se transfiere la energía
calorífica?
¿Qué mecanismos son necesarios para
transferir calor de un sistema a otro?
Tema: Transferencia de Energía
LOGRO DE SESIÓN
Al finalizar la sesión, el
estudiante resuelve problemas
prácticos de transferencia de
energía térmica, tomando en
cuenta
las
formas
de
transferencia de calor por
conducción,
convección,
y
radiación; de forma correcta
Tema: Transferencia de Energía
Mecanismos de transferencia de Energía
El calor es la forma de energía que se
transmite de un cuerpo a otro debido a la
diferencia de temperaturas. En el SI, joule (J)
Los mecanismos en que la energía se transfiere depende
del medio en el cual lo hacen y son: Conducción,
convección y radiación.
CONDUCCIÓN
En el fenómeno de conducción las moléculas colisionan
contra las vecinas de modo que comparten energía
cinética.
Propagación del calor
Tema: Transferencia de Energía
CONDUCCION DE CALOR
•
•
•
•
•
Cuando los dos extremos de una barra tienen
diferentes temperaturas, se produce conducción de
calor de uno a otro extremo.
Experimentalmente, se deduce que el flujo calorífico es
directamente proporcional a la sección A del cuerpo y a
la diferencia de temperatura por unidad de longitud.
A – área transversal de flujo
K – conductividad térmica
H se mide en J/s, W o cal/s .
æ T2 - T1 ö
H = kA ç
÷
è d ø
Tema: Transferencia de Energía
Sustancia
Conductividad térmica
(W/m ºC )
Sustancia
Metales (a 25 ºC)
Conductividad térmica
(W/m ºC )
Gases (a 25 ºC )
Aluminio
238
Aire
0,0234
Cobre
397
Helio
0,138
Hierro
79,5
Plomo
34,7
Hidrógeno
0,172
Acero
79
Nitrógeno
0,0234
Oxígeno
0,0238
No metales (valores aproximados)
Asbestos.
Madera
0,08
Concreto
0,8
Vidrio:
Hormigón
0,8
Hielo
1,7-2
Agua
0,59-0,60
Otros materiales
Músculo animal. Grasa
0,2
Fieltro. Lana mineral
0,04
Vello
0,019
Tema: Transferencia de Energía
Ejercicio 01
La pared de una planta congeladora esta compuesta de una capa de material 1 de espesor 4𝑒 y otra de
material 2 de espesor 𝑒. Ambas capas tienen igual superficie 𝐴. Si la temperatura en el lado exterior es
𝑇𝑒 = 4𝑇, en la unión o junta de las dos capas es 𝑇𝑗 = 1.5 𝑇 y en el lado interior es 𝑇𝑖 = 𝑇, entonces la
razón 𝑘1/𝑘2 entre las conductividades terminas de las respectivas capas es:
Tema: Transferencia de Energía
CONVECCION DEL CALOR
En un fluido, la mayor parte del calor es
transportado de una parte a otra del cuerpo por el
mismo
fluido.
Se
produce
también
desplazamiento de la masa de líquido o de gas,
arrastrada por las corrientes convectivas. La
Tasa de transmisión de calor por convección es:
𝑄!
𝐻! =
= ℎ𝐴𝛥𝑇
𝑡
Donde
A es el área superficial del cuerpo en contacto
con el ambiente circundante
h es el coeficiente de transferencia por
convección.
∆𝑇 = 𝑇# − 𝑇$ = Si la super/icie es mas caliente
∆𝑇 = 𝑇$ − 𝑇# = Si el /luido es mas caliente
Tema: Transferencia de Energía
El coeficiente de convección depende de la posición de la pared y de las características
del fluido y su movimiento
Coeficiente de convección en aire a Patm
Disposición
h(
𝑲𝒄𝒂𝒍
)
𝒔𝒎𝟐 °𝑪
Pared horizontal mirando arriba
0.576 x 10-3 ( ΔT)1/4
Pared horizontal mirando abajo
0.314 x 10-3 ( ΔT)1/4
Pared vertical
0.424 x 10-3 ( ΔT)1/4
Tubo horizontal o vertical
1.00 x 10-3 ( ΔT/D)1/4
Tema: Transferencia de Energía
Ejercicio 02
Una placa de cobre muy delgada horizontal sirve como división entre dos fluidos. Por arriba se tiene aire
a 25°C que transfiere con el coeficiente convectivo ℎ- = 12 𝑊 ⁄𝑚. 𝑘; por abajo hay un líquido a 90°C y el
coeficiente convectivo ℎ. = 145 𝑊 ⁄𝑚. 𝑘 . a) ¿Cuál es la temperatura superficial del cobre b) Determine
la tasa de transferencia de calor por unidad de superficie.
Tema: Transferencia de Energía
RADIACIÓN DE CALOR
En la figura se aprecia un termograma. Detecta las
radiaciones y el programa establece una relación entre la
temperatura del emisor y la frecuencia de la radiación.
La cantidad de calor por unidad de tiempo, H, cedida por un
cuerpo de área A, a temperatura absoluta T se expresa
mediante la ley de Stefan-Boltzmann, según la cual:
H = esAT4
σ = 5,67 ´ 10-8 W/(m2×K4)
e es el coeficiente de emisividad (entre 0 y 1)
http://www.termografia.com/paginas/aplicaciones/medicina.htm
Si un cuerpo a temperatura absoluta T
está rodeado por material a temperatura
Ts, la corriente de calor neta del cuerpo
a su entorno es:
H = esA ( T - T )
4
4
s
Tema: Transferencia de Energía
Ejercicio 03
Si el área superficial total del cuerpo humano es de 1,2 m2 y la temperatura superficial es de 30°C, (a)
calcule la razón total de radiación de energía del cuerpo. (b) Si el entorno está a 20°C, calcule la razón
neta de pérdida de calor del cuerpo por radiación. Considere e = 1.
Tema: Transferencia de Energía
Ley de enfriamiento de Newton
Es una ley empírica que trata la transferencia de calor entre la
superficie de un sólido (T) y el fluido (Ta) que la rodea
El enfriamiento del sólido se comporta se comporta de
acuerdo a la siguiente ecuación diferencial
!"
= −𝑘(T- Ta)
!#
Integrando y despejando:
T = Ta + (T0 – Ta)𝑒 @AB , k<0
Donde T0 es la temperatura inicial del objeto
calentado y k es una constante
Tema: Transferencia de Energía
Ejemplo
Un cuerpo que tiene una temperatura de 90 °C es depositado (en el tiempo t = 0) en un lugar donde la
temperatura se mantiene a 20 °C. Después de 3 min, la temperatura del cuerpo ha disminuido a 65 °C. a) ¿Cuál es
la temperatura del cuerpo después de 5 min? b) ¿Cuánto tiempo pasará para que el cuerpo tenga una
temperatura de 50 °C?
Tema: Transferencia de Energía
REFLEXIONEMOS
Tema: Transferencia de Energía
LOGRO ALCANZADO
Al finalizar la sesión, el estudiante
resuelve problemas prácticos de
transferencia de energía térmica,
tomando en cuenta las formas de
transferencia
de
calor
por
conducción, convección, y radiación;
de forma correcta
Tema: Transferencia de Energía
¡RECUERDA!
Si posteriormente tienes dudas me las
puedes hacer mediante mensajería
interna o preguntas al profesor que te
estaré respondiendo en menos de
24hrs.
Tema: Calor y cambios de fase
Módulo 6
Material producido por:
Universidad Privada del Norte
@ 2021 | Universidad Privada del Norte