TRANSMISIÓN DE CALOR

(1)

TRANSMISIÓN DE CALOR.

Rachel Arias Alfaro. Nikol Sancho Rojas.

María José Cisneros Rodríguez. Nazerin Herrera Venegas.

Rachel Arias Alfaro. Nikol Sancho Rojas.

(2)

La transferencia de calor:

 _{Se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos sistemas con} diferentes temperaturas se ponen en contacto.

 _{Sistemas de Unidades Utilizadas.}

Q: Taza de flujo calórico [KW]

q: Taza de flujo calórico por unidad de área [KW/m]

 _{Por ejemplo, el calor se transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente} por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación

 _{Se produce siempre que existe un gradiente térmico o cuando dos sistemas con} diferentes temperaturas se ponen en contacto.

 _{Sistemas de Unidades Utilizadas.}

Q: Taza de flujo calórico [KW]

q: Taza de flujo calórico por unidad de área [KW/m]

(3)

Formas de transferencia de

calor: conducción, convección

y radiación.

Formas de transferencia de

calor: conducción, convección

y radiación.

Conocer con exactitud la diferencia entre las tres es importante tanto para comprender correctamente el funcionamiento de los sistemas de calefacción como el de algunas energías renovables. Conocer con exactitud la diferencia entre las tres es importante tanto para comprender

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Formas de transferencia de calor:

Conducción

 El calor por conducción se produce cuando dos objetos a diferentes temperaturas entran en contacto.

 El calor fluirá a través del objeto de mayor temperatura hacia el de menor buscando alcanzar el equilibrio térmico (ambos objetos a la misma temperatura).

 Formula:

 Donde: es el calor transmitido por unidad de tiempo.

 k: es la conductividad térmica.

 A: es el área de superficie de contacto.

 (T1-T2): es la diferencia de temperatura entre en foco caliente y el frío.

 X: es el espesor del material.

 El calor por conducción se produce cuando dos objetos a diferentes temperaturas entran en contacto.

 El calor fluirá a través del objeto de mayor temperatura hacia el de menor buscando alcanzar el equilibrio térmico (ambos objetos a la misma temperatura).

 Formula:

 Donde: es el calor transmitido por unidad de tiempo.

 k: es la conductividad térmica.

 A: es el área de superficie de contacto.

 (T1-T2): es la diferencia de temperatura entre en foco caliente y el frío.

 X: es el espesor del material.

Ejemplos

 _{El hielo en una tasa de agua caliente se} derrite por medio de la conducción.

 _{Al hervir agua, la llama conduce el calor} al recipiente y al cabo de un tiempo

permite calentar el agua.

 _{El calor que tiene una cuchara al dejarla} en un recipiente y volcar una sopa

extremadamente caliente sobre él.

 _{El hielo en una tasa de agua caliente se} derrite por medio de la conducción.

 _{Al hervir agua, la llama conduce el calor} al recipiente y al cabo de un tiempo

permite calentar el agua.

 _{El calor que tiene una cuchara al dejarla} en un recipiente y volcar una sopa

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Convección:

Concepto

 La transmisión de calor por convección tiene lugar en líquidos y gases. Ésta se produce cuando las partes más calientes de un fluido ascienden hacia las zonas más frías, generando de esta manera una circulación continua del fluido (corriente convectiva) y transmitiendo así el calor hacía las zonas frías.

 Formula:

 Donde:

 h: el coeficiente de convección.

 As: el área del cuerpo en contacto con el flujo.

 Ts: la temperatura en la superficie del cuerpo.

 Tinf: la temperatura del fluido lejos del cuerpo

 La transmisión de calor por convección tiene lugar en líquidos y gases. Ésta se produce cuando las partes más calientes de un fluido ascienden hacia las zonas más frías, generando de esta manera una circulación continua del fluido (corriente convectiva) y transmitiendo así el calor hacía las zonas frías.

 Formula:

 Donde:

 h: el coeficiente de convección.

 As: el área del cuerpo en contacto con el flujo.

 Ts: la temperatura en la superficie del cuerpo.

 Tinf: la temperatura del fluido lejos del cuerpo

Tipos:

 Convección natural: En la convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en presencia de la fuerza gravitacional, puesto que la densidad del fluido disminuye con el incremento de temperatura.

 Convección forzada: En la convección forzada se obliga al fluido a fluir mediante medios externos, como un ventilador o una bomba.

 Convección natural: En la convección natural el flujo resulta solamente de la diferencia de temperaturas del fluido en presencia de la fuerza gravitacional, puesto que la densidad del fluido disminuye con el incremento de temperatura.

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Ejemplos de convección:

 _{La transferencia de calor de una estufa.}

 _{Los globos aerostáticos, que se mantienen en el aire por medio del aire caliente. Si se} enfría, inmediatamente el globo comienza a caer.

 _{Cuando el vapor de agua empaña los vidrios de un baño, por la caliente temperatura} del agua al bañarse.

 _{El secador de manos o de pelo, que transmiten calor por convección forzada.}

 _{La transferencia de calor generada por el cuerpo humano cuando una persona está} descalza.

 _{La transferencia de calor de una estufa.}

 _{Los globos aerostáticos, que se mantienen en el aire por medio del aire caliente. Si se} enfría, inmediatamente el globo comienza a caer.

 _{Cuando el vapor de agua empaña los vidrios de un baño, por la caliente temperatura} del agua al bañarse.

 _{El secador de manos o de pelo, que transmiten calor por convección forzada.}

(7)

Radiación:

Concepto

 _{La transferencia de calor por radiación no}

necesita el contacto de la fuente de calor con el objeto de que se desea calentar. A

diferencia de la conducción y convección, no precisa de materia para calentar.

 _{El calor es emitido por un cuerpo debido a su}

temperatura. Para este caso podemos tomar como ejemplo el sol. El calor que nos llega del sol viaja por el espacio vacío y calienta la

superficie de la Tierra.

 _{Formula: .}

 _{La transferencia de calor por radiación no} necesita el contacto de la fuente de calor con el objeto de que se desea calentar. A

diferencia de la conducción y convección, no precisa de materia para calentar.

 _{El calor es emitido por un cuerpo debido a su} temperatura. Para este caso podemos tomar como ejemplo el sol. El calor que nos llega del sol viaja por el espacio vacío y calienta la

superficie de la Tierra.  _Formula: _.

Ejemplo

 _{La transmisión de ondas}

electromagnéticas a través del horno microondas.

 _{El calor emitido por un radiador.}

 _{La radiación ultravioleta solar,}

precisamente el proceso que determina la temperatura terrestre.

 _{La luz emitida por una lámpara} incandescente.

 _{La transmisión de ondas}

electromagnéticas a través del horno microondas.

 _{El calor emitido por un radiador.}

 _{La radiación ultravioleta solar,}

precisamente el proceso que determina la temperatura terrestre.

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Intercambiador de calor:

Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos fluidos, encontrándose éstos en contacto o separados por una barrera sólida. Se trata de componentes esenciales en los sistemas de climatización o refrigeración, acondicionamiento de aire, producción energética y procesamiento químico. Es un dispositivo diseñado para transferir calor entre dos fluidos, encontrándose éstos en

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Intercambiadores de calor que

requieren enfriar.

Intercambiadores de calor que

requieren enfriar.

 _Gases

 _{Agua salada o dulce}

 _{Refrigerantes}

 _Amoniaco

 _Gases

 _{Agua salada o dulce}

 _{Refrigerantes}

(10)

Uso del

intercambio de

calor:

Uso del

intercambio de

calor:

_{Elevar la temperatura de un}

fluido gracias a otro más caliente.

_{Refrescar un fluido empleando}

otro con menor temperatura.

_{Llevar al punto de ebullición a}

un fluido por la acción de un

segundo con mayor temperatura.

_{Condensar gases utilizando}

fluidos fríos.

_{Llevar a ebullición un}

determinado fluido mientras se condensa otro gaseoso más caliente.

_{Elevar la temperatura de un} fluido gracias a otro más caliente. _{Refrescar un fluido empleando} otro con menor temperatura. _{Llevar al punto de ebullición a} un fluido por la acción de un

segundo con mayor temperatura. _{Condensar gases utilizando} fluidos fríos.

_{Llevar a ebullición un}

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TIPOS DE INTERCAMBIADOREES DE

CALOR:

TIPOS DE INTERCAMBIADOREES DE

CALOR:

De contacto directo

 _{Cuando el intercambio térmico se}

realiza entre dos fluidos que entran en contacto entre sí, aunque luego puedan separarse. Un equipo que realiza este tipo de intercambio son las torres de refrigeración.

 _{Cuando el intercambio térmico se}

realiza entre dos fluidos que entran en contacto entre sí, aunque luego puedan separarse. Un equipo que realiza este tipo de intercambio son las torres de refrigeración.

De contacto indirecto

 _{En este equipo, el intercambio se realiza} por medio del contacto de los fluidos con una superficie que los separa entre sí.

(12)

Tres tipos de intercambiador

de calor según su operación

(13)

Flujo paralelo

 _{Existe un flujo paralelo}

cuando el flujo interno o de los tubos y el flujo externo o de la carcasa ambos fluyen en la misma dirección.

 _{Existe un flujo paralelo}

(14)

Contraflujo

 _{Se presenta un contraflujo}

cuando los dos fluidos fluyen en la misma dirección, pero en sentido opuesto.

(15)

Flujo cruzado

 _{◦ Los intercambiadores de}

flujo cruzado son

comúnmente usado donde uno de los fluidos presenta cambio de fase y por tanto se tiene un fluido pasado por el intercambiador en dos fases bifásico.

 _{◦ Los intercambiadores de} flujo cruzado son

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Intercambiadores

Intercambiadores de un solo paso

(o paso simple) y de múltiples

pasos.

Intercambiadores de un solo paso

(o paso simple) y de múltiples

pasos.

 _{Un método que combina las}

características de dos o más

intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos

fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple.

 _{Un método que combina las}

características de dos o más

intercambiadores y permite mejorar el desempeño de un intercambiador de calor es tener que pasar los dos

fluidos varias veces dentro de un intercambiador de paso simple.

Intercambiadores Regenerativos y

No-regenerativos

Intercambiadores Regenerativos y

No-regenerativos

 _{Los intercambiadores de calor también} pueden ser clasificados por su función en un sistema particular.

(17)

Funcionamiento

de los

intercambiadore

s de calor

Funcionamiento

de los

intercambiadore

s de calor

transferencia de calor convectiva del fluido hacia la pared interna del tubo.

transferencia de calor conductiva a través de la pared del tubo.

(18)

Aprovechamiento del vapor

de agua (calderas).

Aprovechamiento del vapor

de agua (calderas).

(19)

Objetivos del uso de las calderas o generadores de calor:

 _{Generar agua caliente para calefacción y uso general.}

 _{Generar vapor para industrias.}

 _{Accionar turbinas de equipos mecánicos.}

 _{Suministrar calor para procesos industriales.}

 _{Producción de energía eléctrica mediante turbina de vapor.}  _{Generar agua caliente para calefacción y uso general.}

 _{Generar vapor para industrias.}

 _{Accionar turbinas de equipos mecánicos.}

 _{Suministrar calor para procesos industriales.}

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Tipos de caldera:



_{Según su movilidad: fija y móvil.}



_{Según la presión de trabajo: baja, media, alta y}

supercríticas.



_{Según su generación: agua caliente y de vapor saturado.}



_{Según el ingreso del agua a la caldera: circulación natural}

y circulación forzada.



_{Según la circulación de agua y los gases de la zona de}

tubos: tubos de humo y agua.



_{Según su movilidad: fija y móvil.}



_{Según la presión de trabajo: baja, media, alta y}

supercríticas.



_{Según su generación: agua caliente y de vapor saturado.}



_{Según el ingreso del agua a la caldera: circulación natural}

y circulación forzada.



_{Según la circulación de agua y los gases de la zona de}

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Caldera peritubulares o de tubo de

humo

Caldera peritubulares o de tubo de

humo

Función

 _{Concebida especialmente para el} aprovechamiento de gases de recuperación.

 _{Una de sus ventajas es que presentan} una elevada perdida de carga de los humos.

 _{Concebida especialmente para el} aprovechamiento de gases de recuperación.

 _{Una de sus ventajas es que presentan} una elevada perdida de carga de los humos.

Características

 _{Sencillez en su construcción.}

 _{Facilidad en su inspección, reparación y} limpieza.

 _{Gran peso.}

 _{La puesta en marcha es lenta,}

 _{Gran peligro en caso se explosión y} ruptura.

 _{Sencillez en su construcción.}

 _{Facilidad en su inspección, reparación y} limpieza.

 _{Gran peso.}

 _{La puesta en marcha es lenta,}

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Calderas acuotubulares o de tubos

de agua.

Calderas acuotubulares o de tubos

de agua.

Función

 _{En estas calderas el agua está dentro} de los tubos ubicados longitudinalmente en el interior y se emplean para

aumentar la superficie de calefacción, los mismos estas inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja.

 _{En estas calderas el agua está dentro} de los tubos ubicados longitudinalmente en el interior y se emplean para

aumentar la superficie de calefacción, los mismos estas inclinados para que el vapor a mayor temperatura al salir por la parte más alta provoque un ingreso natural del agua más fría por la parte más baja.

Características

 _{La caldera de tubos de agua tiene la} ventaja de poder trabajar o altas presiones, dependiendo del diseño llegan hasta 300 psig.

 _{Se fabrican en capacidades de 20 HP} hasta 2000 HP.

 Por su fabricación de tubos de agua es una caldera inexplosible.

 _{La caldera de tubos de agua tiene la} ventaja de poder trabajar o altas presiones, dependiendo del diseño llegan hasta 300 psig.

 _{Se fabrican en capacidades de 20 HP} hasta 2000 HP.

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Tipos:

Calderas atmosféricas

 _{Son las de funcionamiento más simple y} también más antiguo. La caldera toma el aire de la habitación para realizar la combustión.

Calderas estancas

 _{Están dotadas de un tubo de salida de} gases concéntrico, lo que permite

aspirar el aire del exterior y expulsar los humos por el mismo tubo de salida de gases.

 _{Están dotadas de un tubo de salida de} gases concéntrico, lo que permite

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Tipos:

Calderas simples.

 _{Son las calderas que solamente}

alimentan un circuito de calefacción. Aunque en su circuito también pueden montarse depósitos de acumulación para obtención de agua caliente

sanitaria.

 _{Son las calderas que solamente}

alimentan un circuito de calefacción. Aunque en su circuito también pueden montarse depósitos de acumulación para obtención de agua caliente

sanitaria.

Calderas mixtas

 _{Son las calderas que ya vienen}

preparadas con dos circuitos, uno para calefacción y otro para agua caliente sanitaria

 _{Son las calderas que ya vienen}

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Conclusiones:

 - Cuando dos cuerpos de diferente estado térmico lo igualan luego de un tiempo, existió un fenómeno de calor. En base a la teoría calórica se puede interpretar un fenómeno de calor como si la cantidad de calor se transmitiera de un cuerpo a otro. Para que exista la transmisión de calor mencionada debe existir diferencia de

temperaturas, diferencia que también es llamada salto térmico o gradiente de temperaturas.

 - Se pudieron estudiar los modelos para la transferencia de calor propuestos para cada una de las tres transferencias propuestas. Donde se explican cada una de ellas con su debida aplicación en los procesos. Se estudio la ley de enfriamiento de Newton, la cual hallada de manera empírica completamente, permite hallar perdidas de calor entre en un objeto aliente y medio, cuando la diferencia de la temperatura es pequeña. El

principal inconveniente de esta ley es proviene en que involucra procesos de transferencia de calor por conducción, radicación y convección.

 - Cuando dos cuerpos de diferente estado térmico lo igualan luego de un tiempo, existió un fenómeno de calor. En base a la teoría calórica se puede interpretar un fenómeno de calor como si la cantidad de calor se transmitiera de un cuerpo a otro. Para que exista la transmisión de calor mencionada debe existir diferencia de

temperaturas, diferencia que también es llamada salto térmico o gradiente de temperaturas.

 - Se pudieron estudiar los modelos para la transferencia de calor propuestos para cada una de las tres transferencias propuestas. Donde se explican cada una de ellas con su debida aplicación en los procesos. Se estudio la ley de enfriamiento de Newton, la cual hallada de manera empírica completamente, permite hallar perdidas de calor entre en un objeto aliente y medio, cuando la diferencia de la temperatura es pequeña. El

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