Transferencia de calor

Transferencia de calor

1. Relación entre la termodinámica y la transferencia de calor

   • Termodinamica
     • Cantidad de calor
     • Equilibrio térmico
   • Transferencia de calor
     • Razón de transferencia de calor
     • se da de un cuerpo que tiene la temperatura más elevada al de temperatura más baja.
     • No equilibrio
     • requisito básico para la transferencia de calor es la presencia de una diferencia de temperatura, ésta es la fuerza impulsora.
     • Gradiente de temperatura

2. Áreas de aplicación de la transferencia de calor

   • La estufa eléctrica o de gas.
   • el sistema de calefacción o acondicionamiento del aire.
   • El refrigerador y el congelador.
   • Calentador de agua.
   • La computadora, reflexión y la reproductora de video.

3. Fundamentos históricos de la transferencia de calor

   • Siglo XIX –Teoría cinética
     • El calor entonces se define como la energía asociada con el movimiento aleatorio de los átomos y moléculas.
   • Siglo XIX – Teoría del calórico
     • Antoine Lavoiser
     • Fluido que no tiene masa, incoloro, inodoro e insípido.
     • Líquido saturado, vapor saturado
   • Benjamín Thompson
     • Demostró que el calor se puede generar en forma continua a través de la fricción.
   • James Prescott Joule
     • Junto con Thompson, descubrieron que la temperatura de una sustancia disminuye o aumenta en función de su libre

4. Transferencia de la calor en la ingeniería.

   • Capacidad nominal
     • Determinación de la razón de la transferencia de calor para un sistema existente a una diferencia especifica de temperatura
   • Dimensionamiento
     • Determinación del tamaño de un sistema con el fin de transferir calor a una razón determinada para una diferencia especifica de temperatura
   • Forma experimental y analitica

5. Calor y otras formas de energía

   • Tipos de energia
     • Sonora
     • Luminosa
     • Quimica
     • Mecanica
     • Caloritica
     • Electrica
     • Energía total
       • Forma macroscópica
         • Aquellas que el sistema posee como conjunto con respecto a un sistema de referencia, por ejemplo la energía cinética (Ec) y potencial (Ep)
       • Forma microscópica
         • están relacionadas con la estructura molecular (atómica) del sistema y del grado de la actividad molecular(atómica) y es independiente de las referencias exteriores al sistema
         • Energía interna
           • La suma de todas las formas microscópicas de energía
   • Energía cinética + Energía potencial
     • Energía interna (U)
       • Parte de la energía interna de un sistema que está asociada con la energía cinética de las moléculas.
         • Energía sensible o calor sensible.
           • La velocidad promedio y el grado de actividad de las moléculas son proporcionales a la temperatura.
             • Fuerzas intermoleculares
               • Cambio de fase
                 • Energía latente o calor latente
                   • Energía interna asociada con la fase de un sistema.
   • Entalpía (h)
     • Flujo del fluido
       • h = Pv
   • Gas ideal (sin fuerzas intermoleculares)
     • A baja densidad se comportan como gases reales
   • Gas real (con fuerzas de atracción)
     • A presiones bajas y temperaturas elevadas se comportan como gases ideales.
   • Pv=RT ó P=ρRT

6. Calores específicos de gases, líquidos y sólidos

   • Calor específico:
     • Energía requerida para elevar en un grado la temperatura de una unidad de masa de una sustancia.
   • Calor específico a volumen
     • (Cv)
   • Calor específico a presión constante
     • (Cp)
   • Bajas presiones
     • Gases reales
       • Temperatura y Presión
     • Gas ideal
       • Temperatura
   • Sustancias compresibles
     • Propiedad de los materiales que hace que los materiales disminuyan su volumen al someterlos a una presión o compresión determinada.
   • Sustancias incompresibles
     • Propiedad de los materiales que hace que los materiales disminuyan su volumen al someterlos a una presión o compresión determinada.

7. Transferencia de energía

   • Trabajo
     • Transferencia de energía relacionada con una fuerza que actúa a lo largo de una distancia. La notación que se utiliza para denominar el trabajo es W y su unidad de medida es el Joule (J).
   • Calor
     • Forma de energía que se transfiere entre dos sistemas (o entre un sistema y el exterior), debido a una diferencia de temperaturas.
   • Potencia
     • El trabajo realizado por unidad de tiempo
   • Razón de transferencia de Calor
     • Razón de transferencia de calor por unidad de área perpendicular a la dirección de la transferencia.
       • Cuando se cuenta con la razón de transferencia de calor, Q, entonces se puede determinar la cantidad total de transferencia de calor Q durante un intervalo de tiempo
   • Flujo de calor
     • La razón de transferencia de calor por unidad de área perpendicular a la dirección de esa transferencia de calor

8. Fundamentos de la transferencia de energía

   • Primera Ley de la termodinámica
     • El cambio neto (aumento o disminución) en la energía total de un sistema en el curso de un proceso, es igual a la diferencia entre la energía total que entra y la energía total que sale en el desarrollo del proceso.

9. Mecanismos de transferencia de calor.

   • Conducción
     • Se da como resultado de la interacción entre dos cuerpos.
   • Convección
     • Es la transferencia de energía entre una superficie sólida y un fluido que se encuentra en movimiento,
   • Radiación
     • Es la transferencia de energía debida a la emisión de ondas electromagnéticas (o fotones).