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INSTITUTO TECNOLÓGICO DE JIQUILPAN

Fenómenos de transporte II “tarea 1” . CARRERA: Ingeniería Bioquímica Presenta: Pineda Tovar Thyara Amairani

Profesor: Salvador Ávila Salcedo JIQUILPAN, MICH., SEPTIEMBRE DEL 2020 1

TAREA No. 1 EJERCICIOS DE FT II (UNIDAD I septiembre de 2020) Relacionados con la Termodinámica y la ley de Fourier 1.- En una habitación, se enciende un calentador eléctrico de 1 kW y se mantiene así durante 50 minutos. La cantidad de energía transmitida por el calentador a la habitación es: a) 1 kJ b) 50 kJ c) 3 000 kJ d) 3 600 kJ e) 6 000 Kj Potencia = 1(kJ / s) Tiempo= 50*60(s) P*t= 3000(kJ) 2.- Un bloque cúbico de hierro caliente, de 16 cm x 16 cm x 16 cm, se enfría a una tasa promedio de 80 W. El flujo de calor es: a) 195 W/m2 b) 521 W/m2 c) 3 125 W/m2 d) 7 100 W/m2 e) 19 500 W/m2 a=0.16 (mts) Q= 80 (watts) A= 6*a2 q= Q/A q=80/0.1536521 3.- Se sumerge un calentador eléctrico de 2 kW en 30 kg de agua y se enciende y mantiene así durante 10 min. Durante el proceso, se pierden del agua 500 kJ de calor. El aumento de temperatura del agua es de a) 5.6°C b) 9.6°C c) 13.6°C d) 23.3°C e) 42.5°C 4.- Se enfrían huevos con una masa de 0.15 kg cada uno y calor específico de 3.32 kJ/kg-°C, de 32ºC a 10ºC, a razón de 300 huevos por minuto. La tasa de remoción de calor desde los huevos es de: a) 11 kW b) 80 kW c) 25 kW d) 657 kW e) 55 kW C=3.32(kJ/kg-K) Masa del huevo=0.15(kg) T1=32(c) 2

T2=10(c) n=200(huevos por minuto) m=n*m de huevos/60(kg/s) Q=m*C*(T1-T2)(Kj/s) Q=54.7855 5.- Se enfrían bolas de acero a 140ºC con un calor específico de 0.50 kJ/kg · °C, en un baño de aceite a una temperatura promedio de 85°C a razón de 35 bolas por minuto. Si la masa promedio de las bolas de acero es de 1.2 kg, la tasa de transferencia de calor de las bolas al aceite es de a) 33 kJ/s b) 1 980 kJ/s c) 49 kJ/s d) 30 kJ/s e) 19 kJ/s C=0.50(kJ/kg-K) m1=1.2(kg) T1=140(c) T2=85(c) n=35(bolas por minuto) m=n*m1/60(kg/s) Q=m*C*(T1-T2)(Kj/s) Q=19.25

Tarea de Investigación: 1) ¿qué es la conductividad térmica? Se puede definir como la razón de transferencia de calor a través de un espesor unitario del material por unidad de área por unidad de diferencia de temperatura La conductividad térmica es una propiedad de ciertos materiales capaces de transmitir el calor, es decir, permitir el paso de la energía cinética de sus moléculas a otras sustancias adyacentes. Se trata de una magnitud intensiva, inversa a la resistividad térmica (que es la resistencia de ciertos materiales a la transmisión del calor por sus moléculas). La explicación de este fenómeno radica en que al calentarse un material, sus moléculas aumentan su energía cinética, es decir, incrementan su agitación. Las moléculas, entonces, son capaces de compartir ese extra de energía sin ocasionar movimientos globales de la materia (en eso se distingue de la convección térmica de los líquidos y gases), siendo esta capacidad muy elevada en los metales y en los cuerpos continuos, por lo general, y muy baja en los polímeros y otros materiales aislantes como la fibra de vidrio. 3

2) ¿cómo se representa? La conductividad térmica de un material se calcula a partir de un coeficiente (referido como λ) y es distinta dependiendo de su naturaleza molecular. Este cálculo se realiza en base a la siguiente fórmula:

λ  = q/grad. T donde q es el flujo de calor por unidad de tiempo y área, y grad.T es el gradiente de temperatura. Cuanto mayor sea la conductividad térmica de un material, mejor conductor del calor resultará, y cuanto menor sea aquel, el material será más aislante. La temperatura, la convección, la conductividad eléctrica y los cambios de fase del material influyen todos en el resultado del coeficiente de conductividad térmica.

3) ¿Cuáles son sus unidades en el SI y sistema inglés? La conducción térmica se mide, de acuerdo al Sistema Internacional, a partir de la relación  W/ (K.m), donde W son watts, K kelvin y m, metros. Esta unidad es equivalente a Joules sobre metro por segundo por Kelvin (J/m.s.K). Una conductividad térmica de 1 vatio por metro por kelvin significa que un Julio (J) de calor se propaga a través de un material de 1m2 de superficie y un grosor de 1m, en 1 segundo, cuando la diferencia entre ambas sustancias sea de 1K. Y se puede hacer la conversión a BTU Conductividad 1 W/m · °C _ 1 W/m · K 1 W/m · °C _ 0.57782 Btu/h · ft · °F térmica

4) ¿Cuál su relación con la ecuación de Fourier? La expresión matemática que relaciona dichas magnitudes físicas se conoce como Ley de Fourier de la conducción térmica. dqdt=−kAdTdz(1) Siendo k una constante de proporcionalidad, llamada conductividad térmica de la sustancia, cuyas unidades son: J/Kcms. Los buenos conductores térmicos tienen constantes elevadas k(Cu(s))=10J/Kcms. Los malos conductores térmicos poseen constantes pequeñas k(CO2(g))=10−4J/Kcms 4

La constante k depende de temperatura y presión para sustancias puras, en el caso de mezclas también depende de la composición. En los gases aumenta con la temperatura. La Ley de Fourier también puede escribirse en función del flujo de calor por unidad de tiempo y área: J. Denominado densidad de flujo de calor, cuyas unidades son J/m2s J=1Adqdt=−kdTdx(2) La transferencia de calor en los gases tiene lugar por colisiones moleculares. Las moléculas de temperatura más alta tienen mayor energía y en las colisiones ceden parte de esta energía a las moléculas de menor temperatura. Dado que las moléculas de gas tienen gran libertad de movimiento la transmisión de calor suele producirse también por convección, debido al movimiento del fluido. Otra forma de transmisión de calor es la radiación, debida a la emisión de ondas electromagnéticas por parte de los cuerpos calientes que son absorbidas por los fríos. Para que la Ley de Fourier sea aplicable deben cumplirse tres condiciones:   

Sistema isótropo (todas las direcciones son iguales) Gradiente de temperatura pequeño. No hay transferencia de calor por conducción ni radiación.

5) Menciona 5 valores de conductividad térmica de diferentes materiales.

 El oro. Con una conductividad de 308,2 W/(K.m).  El plomo. Con una conductividad de 35 W/(K.m).  El diamante. Con una conductividad de 2300 W/(K.m).  El vidrio. Con una conductividad de 0,6 a 1,0 W/(K.m).  El litio. Con una conductividad de 301,2 W/(K.m).  La tierra húmeda. Con una conductividad de 0,8 W/(K.m)

6) ¿Dónde pueden consultar valores conductividad térmica? En libros de termodinámica, de transferencia de calor, en las tablas que vienen en los libros, en el internet en la conductividad térmica de ciertos elementos o materiales

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