1era tarea florencio

8/19/2019 1era Tarea Florencio

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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LOS MOCHI

I N G E N I E R Í A Q U Í M I C A

ALUMNO: № CONTROL:

Ulloa Urquidy Eduardo 13441174

MATERIA:

PROCESOS DE SEPARACIÓN II

ACTIVIDAD:

Formas de transferencia de calor

FACILITADOR:

MORENO OSUNA FLORENCIO

Los Mochis, Sinaloa, a Febrero de 2016.


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INTRODUCCIÓN

La Transferencia de calor es la energía en tránsito debido a una diferencia detemperaturas en un cuerpo o entre cuerpos diferentes.

Siempre que exista una diferencia de temperatura, la energía se transfiere de laregión de mayor temperatura a la de menor temperaturaDe acuerdo con los conceptos de la Termodinámica, la energía que se transfierecomo resultado de una diferencia de temperatura es el calor.- Las leyes de la termodinámica tratan de la transferencia de energía, pero sólo seaplican a sistemas que están en equilibrio (pueden utilizarse para predecir lacantidad de energía requerida para modificar un sistema de un estado de equilibrioa otro), pero no sirven para predecir la rapidez (tiempo) con que puedenproducirse estos cambios.- La transferencia de calor, complementa los principios termodinámicos,proporcionando métodos de análisis que permitan predecir esta velocidad detransferencia térmica.

OBJETIVOS:

Proporcionar una comprensión básica de los fenómenos de transferenciade calor, así como una mejor apreciación y utilización de las leyesfundamentales que la rigen.

Desarrollar habilidad en la aplicación de los principios de la transferencia decalor, tanto para la solución de modelos matemáticos como para laelaboración misma de los modelos construidos a partir de sistemas reales.

Desarrollar habilidades en el diseño térmico de intercambiadores de calor.

Conocer los factores que influyen en los mecanismos de transferencia decalor por conducción, convección, radiación y con cambios de fase.


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TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN

La conducción, es el único mecanismo de transmisión de calor posible en losmedios sólidos opacos, cuando en estos cuerpos existe un gradiente detemperatura. El calor se trasmite de la región de mayor temperatura a la de menor

temperatura, debido al movimiento cinético o el impacto directo de las moléculascomo en el caso de los fluidos en reposo o por el arrastre de los electrones comosucede en los metales. La ley básica de la conducción del calor (Joseph Fourier),establece: “La tasa de transfere ncia de calor por conducción en unadirección dada es proporcional al área normal a la dirección del flujo de calory al gradiente de temperatura en esa dirección”.

Dónde: Qx = Tasa de flujo de calor a través del área A en la dirección positiva.

El flujo real de calor depende de la conductividad térmica (k), que es unapropiedad física del cuerpo.

El signo (-) es consecuencia del segundo principio de la termodinámica, según elcual el calor debe fluir hacia la zona de temperatura más baja. El gradiente de

temperatura es negativo si la temperatura disminuye para valores crecientes de x,por lo que el calor transferido de la dirección positiva debe ser una magnitudpositiva, por lo tanto, al segundo miembro de la ecuación anterior hay queintroducir un signo negativa, esto se puede ver en la figura Nº 1)


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TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN

Cuando un fluido a TF se pone en contacto con un sólido cuya superficie decontacto está a una temperatura distinta TS, al proceso de intercambio de energíatérmica se denomina CONVECCIÓN. 4 Existen dos tipos de convección:a) Convección libre o natural, ocurre cuando la fuerza motriz procede de lavariación de densidad en el fluido como consecuencia del contacto con unasuperficie a diferente temperatura, lo que da lugar a fuerzas ascensionales, elfluido próximo a la superficie adquiere una velocidad debida únicamente a estadiferencia de densidades, sin ninguna fuerza motriz exterior. Ejemplo: Laconvección en un tanque que contiene un líquido en reposo en el que seencuentra sumergida una bobina de calefacción.b) Convección forzada, tiene lugar cuando una fuerza motriz exterior mueve unfluido con una velocidad (v), sobre una superficie que se encuentra a unatemperatura Ts mayor o menor que la del fluido Tf, como la velocidad del fluido enla convección forzada es mayor que en la convección natural, se transfiere, por lotanto, una mayor cantidad de calor para una determinada temperatura.Independiente de que la convección sea natural o forzada, la cantidad de calortransmitido Qc, se puede escribir (Ley de enfriamiento de Newton)


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La ecuación anterior sirve como definición de (h), su valor numérico se tiene quedeterminar analítica o experimentalmente. En la figura adjunta se puede visualizarel perfil de un fluido adyacente a una superficie sólida

El coeficiente de transmisión de calor por convección forzada depende engeneral, de la densidad, viscosidad, de la velocidad del fluido, de laspropiedades térmicas del fluido (K, Cp), es decir

En la convección forzada la velocidad viene impuesta al sistema con unabomba, ventilador y se puede medir directamente

En la convección natural, la velocidad es de la forma v f ( T, , g) , esdecir depende de:


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El número adimensional característico para la convección natural es elnúmero de Grashoff (Gr)

El número adimensional para la convección forzada es el número deReynolds (#Re)

TRANSMISIÓN DE CALOR POR RADIACIÓN

Mientras que la conducción y la convección térmica tienen lugar sólo a través deun medio natural, la Radiación térmica puede transportar el calor a través de unfluido o del vacío, en forma de ondas electromagnéticas o fotones como resultadode los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas,estos se propagan a la velocidad de la luz. La cantidad de energía que abandonauna superficie en forma de calor radiante depende de la temperatura absoluta a laque se encuentra y también la naturaleza de la superficie. El radiador perfecto ocuerpo negro, emite una cantidad de energía radiante de su superficie, Qr


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La ecuación anterior dice: que toda superficie negra irradia calorproporcionalmente a la cuarta potencia de su temperatura absoluta. Siendo laemisión independiente de las condiciones de los alrededores, la 7 evaluación deuna transferencia neta de energía radiante requiere una diferencia en latemperatura superficial de dos o más cuerpos entre los cuales tiene lugar el

intercambio. Si un cuerpo negro irradia calor a un recinto que la rodeacompletamente y cuya superficie es también negra, es decir, absorbe toda laenergía radiante que incide sobre él, la transferencia neta de energía radianteviene dada por:

= Emisividad, propiedad de la superficie es numéricamente igual al cociente de laemisión de radiación del cuerpo en estudio con respecto a la de uno negro,adquiere valores entre 0 y 1 y constituye una medida para evaluar cuanefectivamente emite radiación un cuerpo real con respecto a uno negro. En lafigura N° 3 se visualiza los tres mecanismos de transferencia de calor


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ÁREAS DE APLICACIÓN DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Es común encontrar la transmisión de calor en los sistemas de ingeniería y otrosaspectos de la vida y no es necesario ir muy lejos para ver algunas de sus áreasde aplicación. Es más, uno de los ejemplos más sencillos lo encontramos dentro

del cuerpo humano, este se encuentra emitiendo calor en forma constante haciasus alrededores y la comunidad humana está íntimamente ligada con la velocidadde este rechazo de calor. Tratamos de controlar esta velocidad de transferencia decalor al ajustar nuestra ropa a las condiciones ambientales. Muchos aparatosdomésticos se han diseñado, en su totalidad o parte, aplicando los principios de latransferencia de calor. Algunos ejemplos incluyen la estufa eléctrica o de gas, elsistema de calefacción o de acondicionamiento del aire. La transferencia de calordesempeña un papel importante en el diseño de muchos otros aparatos, como losradiadores de automóviles, los colectores solares, diversos componentes de lasplantas generadoras de energía e, incluso, las naves espaciales.

Transferencia de calor en la ingenieríaLos problemas de capacidad nominal tratan de la determinación de la velocidad detransferencia de calor para un sistema existente a una diferencia específica detemperatura. Los problemas de dimensionamiento tratan con la determinación deltamaño de un sistema con el fin de transferir calor a una velocidad determinadapara una diferencia específica de la temperatura. Un proceso o un equipo detransferencia de calor se pueden analizar de forma experimental o de formaanalítica. El procedimiento experimental tiene la ventaja de tratar con el sistemafísico real y la cantidad deseada se determina por medición, dentro de los límitesdel error experimental. El procedimiento analítico tiene la ventaja de que es rápidoy barato, pero los resultados obtenidos están sujetos a la exactitud de las hipótesise idealizaciones establecidas en el análisis. En los estudios de transferencia decalor a menudo se logra una buena aproximación al reducir las opciones a solounas cuantas mediante el análisis y, a continuación, verificando los hallazgosexperimentalmente.

PROBLEMA RESUELTO DE TRANSFERENCIA DE CALOR PORCONDUCCIÓN

Calcular las pérdidas de calor de 1m de una tubería no aislada con diámetro d 1/d2 = 150/165 mm tenía al aire libre cuando por el interior de ésta corre agua con unatemperatura media T1 = 90°C y la temperatura ambiente Ta = -15°C. El coeficientede conductividad térmica del material del tubo es K = 50 W/m°C. El coeficiente detransferencia de calor para el agua y el tubo es 1000 W/m 2°C y el del tubo y elambiente es 12 W/m2°C. Determinar también las temperaturas en las superficiesinterior y exterior del tubo.


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PROBLEMA RESUELTO DE TRANSFERENCIA DE CALOR PORCONVECCIÓN

Por una tubería de 150 m circulan 0.63 kg/s de vapor húmedocon calidad 10% a una temperatura de 250 °F. El diámetrointerior de la tubería es 4”. A la salida de la tubería se tiene

líquido saturado. Calcular la temperatura de la superficieinterior del tubo.

1 lbm = 0.45359 kg

1 pulg = 2.54 cm

1 Joule = 9.478x10-4 BTU

De la tabla de vapor húmedo


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PROBLEMA RESUELTO DE TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

En un horno de 1 m3, las paredes verticales están hechas de un material aislante.La resistencia eléctrica fue colocada en la superficie inferior produce una potenciatotal de 60 W siendo su temperatura 328 K. Determine la temperatura de la cara

superior del horno.


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CONCLUSIONES

Cuando dos cuerpos de diferente estado térmico lo igualan luego de untiempo, existió un fenómeno de calor.

En base a la teoría calórica se puede interpretar un fenómeno de calorcomo si la cantidad de calor se transmitiera de un cuerpo a otro.

Para que exista la transmisión de calor mencionada debe existir diferenciade temperaturas, diferencia que también es llamada salto térmico ogradiente de temperaturas.

REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS

REFERENCIALES

. YUNUS A. ÇENGEL, YUNUS A, Transferencia de calor, Impreso enMéxico: Editorial McGraw Hill. Segunda edición, 2004

MANRIQUE VALADEZ JOSÉ ANGEL, Transferencia de calor. Impreso enMéxico: Editorial Oxford University Press, Segunda edición., 2002.

MILLS ANTHONY F, Transferencia de calor, Impreso en Colombia: EditorialMcGraw – Hill / Irwin, 1994.

INTERNET

http://www.scielo.cl/scielo.php

http://www.itsimo.edu.mx/metalmecanica/tema1intercambiadores

http://torresdeenfriamiwento.blogspot.com/2007/02/torres-deenfriamiento.html.


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ANEXOS

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