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TRANSFERENCIA DE CALOR

FASE DOS SOLUCIONAR PROBLEMAS DONDE SE APLICA LA LEY DE FOURIER

Presentado a: Diana Molina Tutor(a)

Entregado por: Andrea Bonilla Amaya Código: 1033762115 Anggie Arleph Mendez Aranda Código: 1.013.633.300 David Mateo Obregon Hernandez Código: 1049638616

Grupo: 211611_1

UNIVERSIDAD NACIONAL ABIERTA Y A DISTANCIA - UNAD ESCUELA DE CIENCIAS BÁSICAS, INGENIERÍAS Y TECNOLOGÍAS TRANSFERENCIA DE CALOR MAYO 2020

INTRODUCCIÓN

Con el desarrollo del presente se pretende estudiar el calor como forma de transferencia de energía, teniendo en cuenta las diferentes formas de trasmisión como lo son la conducción (la cual se presenta principalmente en sólidos, y depende de que exista contacto entre superficies), la convección (la cual se presenta en el interior de un fluido, o entre un cuerpo sólido y un fluido en movimientos) y la radiación (la cual se presenta cuando existe un cuerpo a muy alta temperatura que emite radiación y transmite calor por medio de esta).

OBJETIVOS • Analizar la transferencia de calor por conducción, mediante ejercicios prácticos. • Analizar la transferencia de calor por convección mediante ejercicios prácticos. • Estudiar terminología en general sobre transferencia de calor. • El estudiante aplica los conocimientos básicos de transferencia de calor, mediante el análisis y solución de problemas reales que se presentan en la industria alimentaria.

Actividades a desarrollar Actividades individuales: Cada estudiante deberá resolver los siguientes problemas y compartir sus procedimientos y respuestas en el foro colaborativo: 1. Realizar la conversión de unidades para los siguientes casos, y definir con sus palabras el concepto de las propiedades que se mencionan: a. Un fluido alimentario posee una viscosidad igual a su edad en poises, y se desea expresar dicha variable en el sistema internacional (Pa s) y al sistema inglés (lb/ft s) Viscosidad: Es la resistencia interna de las fuerzas que se le aplica a un fluido para que este se mueva, la viscosidad puede verse afectada debido a tres factores principales como lo son la temperatura ya que si esta aumenta la viscosidad será menor; las fuerzas moleculares y la geometría de la molécula. (R. Betancourt 2009, Capitulo 2) 1 𝑃𝑜𝑖𝑠𝑒 = 0.1 𝑃𝑎 𝑠 𝑥=

26 𝑃 ∗ 0.1 𝑃𝑎 𝑠 = 2.6 𝑃𝑎 𝑠 1𝑃

1 𝑃𝑎 𝑠 = 0.672 𝑙𝑏/𝑓𝑡 𝑠 2.6 𝑃𝑎 𝑠 ∗ 𝑥=

0.672𝑙𝑏 𝑠 𝑓𝑡

1 𝑃𝑎 𝑠

= 1.75𝑙𝑏/𝑓𝑡 𝑠

b. El calor específico de la carne de cerdo magra es 3,123 KJ/Kg°C, realizar la conversión a unidades inglesas BTU/lb °F Calor Especifico: Es el calor que se necesita para incrementar la temperatura de una unidad de masa de cualquier sustancia. (A, Correa. 2008, Ciencia y Termodinámica) 1𝐾𝐽/𝐾𝑔°𝐶 = 0.2388 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏 °𝐹

𝑥=

3.123𝐾𝐽/𝐾𝑔°𝐶 ∗ 0.2388 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏 °𝐹 = 0.7457 𝐵𝑇𝑈/𝑙𝑏 °𝐹 1𝐾𝐽/𝐾𝑔°𝐶

c. La conductividad térmica de la manzana es 0,225 BTu/hr ft °F, se requiere expresar esta propiedad física en el sistema internacional de unidades a W/ m °C. Conductividad térmica: Es la capacitad que tiene de transferir calor a través de un cuerpo. (A.Martin, 2011 Transmisión de calor) 𝑤 1𝑐𝑚 𝑊 ) = 1.72957 ∗( 𝑐𝑚 °𝐶 0.1𝑚 𝑚 °𝐶 1𝐵𝑇𝑈 𝑊 = 1.72957 ℎ 𝑓𝑡 °𝐹 𝑚 °𝐶

0.0172957

𝑊

1.72957 𝑚 °𝐶 0.225𝐵𝑇𝑈 𝑊 ) = 0.39 ∗( 1𝐵𝑇𝑈 ℎ 𝑓𝑡 °𝐹 𝑚 °𝐶 ℎ 𝑓𝑡 °𝐹

d. La densidad aparente del aguacate es 1067Kg/m3, expresar dicho valor en libra por pulgada cúbica (lb/in3) Densidad aparente: Es la densidad de una sustancia cuando se incluye el volumen de todos sus poros 1067𝐾𝑔 2𝑙𝑏 0.0000163𝑚3 𝑙𝑏 ∗ ∗ = 0.034 3 3 3 𝑚 1𝐾𝑔 1𝑖𝑛 𝑖𝑛

e. El coeficiente de transferencia de calor superficial de una plancha de calentamiento es igual al número de su grupo colaborativo en W/m2 K se requiere cambiar a BTU/h ft °F y a Kcal/h m2 °C. Coeficiente de transferencia de calor superficial: cuantifica la influencia de las propiedades del fluido, de la superficie y del flujo cuando se produce transferencia de calor por convección. Es una correlación simplificada entre el estado del fluido y las condiciones de flujo. (A.Martin, 2011 Transmisión de calor) 1

𝐵𝑡𝑢 𝑊 = 5.678 2 2 ℎ 𝑓𝑡 𝐹 𝑚 𝐾 𝐵𝑡𝑢

1 ℎ 𝑓𝑡 2 𝐹 𝑊 𝐵𝑡𝑢 ) = 0.176 1 2 ∗( 𝑊 𝑚 𝐾 ℎ 𝑓𝑡 2 𝐹 1.731 𝑚2 𝐾

1

𝐾𝑐𝑎𝑙 𝑊 = 1.163 2 2 ℎ 𝑚 °𝐶 𝑚 °𝐾

𝐾𝑐𝑎𝑙

1 2 𝑊 𝐾𝑐𝑎𝑙 ) = 0.859 1 2 ∗ ( ℎ 𝑚 °𝐶 𝑊 𝑚 𝐾 ℎ 𝑚2 °𝐶 1.163 𝑚2 𝐾

2. Una barra de jamón está en contacto térmico con una barra de aluminio, ambas tienen la misma longitud y área transversal, como se presenta en el siguiente diagrama.

El extremo izquierdo de la barra de jamón se mantiene a 17°C, el extremo derecho de la barra de aluminio se encuentra a 22°C. Los valores de conductividad térmica para el jamón y el aluminio son respectivamente, 0.480 W/m °C y 237 W/m K. La longitud de ambas barras es de 40cm, la altura es de 18cm y el ancho de barra es de 18cm. Calcular la temperatura de la superficie de unión cuando el flujo de calor alcanza el estado estacionario. Las Corrientes de calor en las dos barras deben ser iguales 𝑞 = 𝑘𝐴ΔT 237𝑊/𝑚𝐾(22°𝐶 − 𝑇3 ) = 0,48𝑊/𝑚𝐾(𝑇3 − 17°𝐶) 5214°𝐶 − 237𝑇3 = 0,48𝑇3 − 8,16°𝐶 5214°𝐶 + 8,16°𝐶 = 0,48𝑇3 + 233𝑇3 5222,16 °𝐶 = 𝑇3 237,48 21,9°𝐶 = 𝑇3

3. Calcular la pérdida de calor por metro cuadrado de área de superior de una pared aislante para un almacén refrigerado de alimentos. La temperatura exterior es 299.9 ºK y la interior es 267.5 ºK. La pared está construida de corcho, cuya conductividad es de 0.0433W/m·K; el grosor de la pared es de 2504mm.

𝑞=

𝑞=

𝑘𝐴ΔT x

0,0433𝑊/𝑚 𝐾 ∗ (299,9°𝐾 − 267,5°𝐾) 2,504𝑚 𝑞=

0,0433𝑊/𝑚 𝐾 ∗ 32,4°𝐾 2,504𝑚 𝑞 = −0,5602𝑊

4. Una pieza de pan está en reposo sobre una bandeja, en una habitación en la que circula una corriente de aire a 16°C.

Determine la tasa total de transferencia de calor del pan, si la temperatura de la corteza es de 52°C y la pieza de pan es semiesférica con un radio de 8cm. Tenga en cuenta que el coeficiente de transferencia de calor por convección es 12 W/m2*K. Dato: No se toma en cuenta la transferencia de calor por conducción que se da de la base del pan hacia la bandeja. 𝑞 = ℎ𝐴(𝑇𝑠 − 𝑇𝑓 )

Halamos el área de la semiesfera usando la siguiente ecuación 2 ∗ 𝜋 ∗ 𝑟2 2 ∗ 𝜋 ∗ 82 = 402,9 𝑐𝑚2

𝑞 = 12𝑊/𝑚2 𝐾 ∗ 0,04𝑚2 (52°𝐶 − 16°𝐶)

Pasamos los °C a °K 16°𝐶 + 273.15 = 289.15°𝐾 52°𝐶 + 273.15 = 325.15°𝐾 𝑞 = 12𝑊/𝑚2 ∗ 0,04𝑚2 ∗ (325,15°𝐾 − 289,15°𝐾) 𝑞 = 17.28𝑊

CONCLUSIONES • Analizamos que la transferencia de calor por conducción se presenta principalmente entre cuerpos solidos (sin despreciar que puede darse entre líquidos y gases también), que esta depende del, movimiento de moléculas entre cuerpos por la variación de la energía; y que para que ella se de debe existir un contacto entre moléculas de los cuerpos. • Analizamos que la transferencia de calor por convección se genera en el interior de un fluido, o un fluido en movimiento en contacto con un sólido. • Se analizaron los conceptos de viscosidad, calor especifico, conductividad termia, densidad aparente y coeficiente de transferencia de calor superficial, por medio de la creación de la definición de cada ítem en el desarrollo de este trabajo.

BIBLIOGRAFIA • Montes, P. M. J., Muñoz, D.M., & Rovira, D. A. A. (2014). Ingeniería térmica. (pp. 23-25). Recuperado de http://bibliotecavirtual.unad.edu.co:2460/lib/unadsp/reader.action?ppg=23&d ocID=3226895&tm=1511117497872 • Gutiérrez, G (2020). Densidad aparente. Extraído el 01 mayo de 2020 desde: https://www.ecured.cu/Densidad_aparente