INSTITUTO TECNOLOGICO DE TEPIC

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CARRERA: ING. MECATRONICA.

MATERIA: TERMODINAMICA.

CATEDRATICO:

M.C. KRISTHIAN OMAR ALCANTAR MEDINA

UNIDAD 5:

5. MECANISMOS DE TRASFERENCIA DE CALOR

5.1. CONDUCCION

5.2 CONVECCION

5.3 RADIACION

5.4 MECANISMOS SIMULTANEOS


NOMBRE DE LOS INTEGRANTES:


LUCIO BUENO ROJAS.

ERNESTO ROSAS AGUILAR.

JOEL CHAPARRO BARRAZA.

JESUS MANUEL BOJORQUEZ OLIVO.









El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación:

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donde α es la difusividad térmica, que es una propiedad del material.







5.1CONDUCCIÓN:
Flujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas. Las moléculas y los electrones libres de la fracción de un sistema con temperatura alta vibran con más intensidad que las moléculas de otras regiones del mismo sistema o de otros sistemas en contacto con temperaturas más bajas. Las moléculas con una velocidad más alta chocan con las moléculas menos excitadas y transfieren parte de su energía a las moléculas con menos energía en las regiones más frías del sistema. Las moléculas que absorben el excedente de energía también adquirirán una mayor velocidad vibratoria y generarán más calor (energía potencial -absorbe calor- <--> energía cinética -emite calor).

Por ejemplo, la conducción de calor a través de la carrocería de un coche.

Los metales son los mejores conductores térmicos; mientras que los materiales no metálicos son conductores térmicos imperfectos.


En general la temperatura depende de las tres coordenadas espaciales ( x,y,z ) y del tiempo ( t ) , es decir, T = f ( x,y,z,t ). La ecuacion general de la conducción se expresa como:
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nDonde:

--- T: campo de temperaturas , T = f ( x, y, z, t )

--- qG: calor generado por las fuentes internas

--- k: conductividad térmica

--- a: difusividad térmica
Aplicaciones del Calor por Conducción:
Algunas de las aplicaciones en nuestra vida diaria del calor por conducción es como por ejemplo cuando se va a calentar la comida dentro de una olla se calienta la hora y ese calor se lo transmite a la comida, y es en ese momento donde se utiliza por calor por conducción.






Imágenes:








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Video de Calor por Conducción:













Bibliografía conducción de calor:
http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_03_conduccion01.htm
http://www.biocab.org/Transferencia_Calor.html






5.2 CONVECCIÓN:
Es el flujo de calor mediante corrientes dentro de un fluido (líquido o gaseoso). La convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas. Cuando una masa de un fluido se calienta al estar en contacto con una superficie caliente, sus moléculas se separan y se dispersan, causando que la masa del fluido llegue a ser menos densa. Cuando llega a ser menos denso se desplazará hacia arriba u horizontalmente hacia una región fría, mientras que las masas menos calientes, pero más densas, del fluido descenderán o se moverán en un sentido opuesto al del movimiento de la masa más caliente (el volumen de fluido menos caliente es desplazado por el volumen más caliente). Mediante este mecanismo los volúmenes más calientes transfieren calor a los volúmenes menos calientes de ese fluido (un líquido o un gas).

Por ejemplo, cuando calentamos agua en una estufa, el volumen de agua en el fondo de la olla adquirirá el calor por conducción desde el metal de la olla y se hará menos denso. Entonces, al ser menos denso, se moverá hacia la superficie del agua y desplazará a la masa superior menos caliente y más densa hacia el fondo de la olla.

Sin importar la naturaleza particular del proceso de transferencia de calor por convección, el flujo de calor por unidad de área, es proporcional a la diferencia de temperatura entre la superficie (7n.png) y del fluidos que la rodea (8n.png). La ecuación que modela adecuadamente éste fenómeno se conoce como Ley de enfriamiento de Newton y se expresa de la siguiente forma:
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Donde q es el flujo de calor por unidad de área expresada en W/m2 y h es el coeficiente de convección (también llamado coeficiente de película o fílmico) expresado en W/m2°K.
Fundamentos de la convección
Planteamiento de un problema de convección
Considere la condición de flujo de la Figura, donde el fluido con velocidad 10n.png

y temperatura 11n.png

fluye sobre una superficie de forma arbitraria y de área A. Se supone que 12n.png

por lo que produce un flujo de calor local hacia el fluido, dado por la ecuación de Newton. La transferencia de calor total que pasa a través de la superficie A se determina integrando el flujo de calor por unidad de área sobre el área, es decir:
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Se define el coeficiente de convección promedio14n.png

sobre toda la superficie A, como:
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Luego al iguala las ecuaciones se obtiene una relación entre el coeficiente de convección local y promedio
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Para el caso de un problema sobre una placa plana de longitud x, la ecuación se reduce a:
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Como se podrá notar el problema de transferencia de calor por convección consiste en determinar el coeficiente promedio de convección


I



mágenes de Calor Por Convección:









21n.png20n.png19n.png

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Video de Transferencia de Calor Por Convección:






















Bibliografías:

http://html.rincondelvago.com/conveccion.html

http://www.biocab.org/Transferencia_Calor.html







5.3 RADIACIÓN:

Es la transferencia de calor por medio de ondas electromagnéticas. No se requiere de un medio para su propagación. La energía irradiada se mueve a la velocidad de la luz. El calor irradiado por el Sol se puede intercambiar entre la superficie solar y la superficie de la Tierra sin calentar el espacio de transición.

Por ejemplo, si colocamos un objeto (tal como una moneda, un coche, o a nosotros mismos) bajo los rayos del Sol directos; al poco tiempo notaremos que el objeto se calentará. El intercambio de calor entre el Sol y el objeto ocurrirá por medio de radiación.

Un Depósito de Calor es un sistema capaz de absorber calor de un objeto con el que está en contacto térmico sin que ocurra un cambio de fase o una variación significativa en su temperatura.

Una consecuencia importante de la electrodinámica clásica es que una partícula cargada en movimiento acelerado (rectilíneo, circular o de otro tipo) debe emitir ondas electromagnéticas siendo la potencia emitida proporcional al cuadrado de su aceleración, de hecho la fórmula de Larmor para la potencia emitida viene dada por:
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Donde:

27n.pnges la carga eléctrica de la partícula.
28n.pnges la aceleración de la partícula.
32n.pngla permisividad eléctrica del vacío.
30n.pnges la velocidad de la luz.


Imágenes para Transferencia de Calor por Radiación:








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Video de Transferencia de Calor por Radiación:























Bibliografía:
http://www.biocab.org/Transferencia_Calor.html
http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_06_radiacion.htm













5.4 MECANISMOS SIMULTANEOS



La conducción y la convección no existen simultáneamente.



- Puede haber:

a ) Radiación

b ) Conducción

c ) Convección

d ) Radiación + conducción

e ) Radiación + convección



- La transferencia de calor en el vacío sólo se puede producir por radiación, puesto que tanto la conducción como la convección requieren la presencia de un medio material.

- En caso de existir dos mecanismos simultáneamente actúan en paralelo.



Imagen de Mecanismos simultaneos.
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Bibliografia:
http://www.telecable.es/personales/albatros1/calor/transferencia_de_calor_02_mecanismos.htm









Algunas Simulaciones de Cualquier Tipo de Materiales y cualquier tipo de energía se pueden mostrar en estas imágenes resaltando las imágenes que son por mecanismos de transferencia de calor que son las anteriores que vimos, uno de los programas o software que nos puede dar este tipo de detalles es el solid edge:







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