Este documento presenta apuntes sobre los tres mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación. Explica que la conducción ocurre cuando dos sólidos en contacto transfieren calor, la convección ocurre por el movimiento de un fluido, y la radiación ocurre cuando los cuerpos emiten radiación debido a su temperatura. Proporciona fórmulas matemáticas para calcular la transferencia de calor por cada mecanismo y ejemplos numéricos de su aplicación.

1. Apuntes sobre Transferencia de Calor
h t t p : / / c u r s o s a u l a d i g i t a l . b l o g s p o t . c o m /
2013
Apuntes sobre
Transferencia de Calor
Apuntes Sobre Conducción Convección y
Radiación
Aula Digital
Ing. Gustavo Serna P

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TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONVECCIÓN
La convección es una forma de transferencia de calor el cual se da por diferencia de temperaturas;
es calor se transporta por medio del movimiento de un fluido ya sea liquido o gas; para el caso de
un quemador de gas la llama del quemador calienta el aire circundante (fluido) y el movimiento de
este transporta el calor de un lugar a otro calentando el ambiente. Otro ejemplo es el movimiento
de los humos a través de una chimenea donde la diferencia de temperaturas ocasiona el
movimiento ascendente de los humos a través del ducto de evacuación.
En la naturaleza la formación de tornados se origina a partir de la convección el aire que se
calienta sube dejando un vacío en la parte inferior el cual es ocupado por aire frio el cual al
calentarse asciende; la repetición de este fenómeno hace que se cree un remolino o tornado.
La transferencia de calor por convección se puede calcular a partir de la ley de enfriamiento de
Newton
( )
Donde
Q calor
h es el coeficiente de convección del fluido
A es el área del cuerpo en contacto con el fluido,
T2 es la temperatura en la superficie del cuerpo
T1 es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.
Ejemplo
Una placa caliente cuya área es de 400 cm2 se encuentra a una temperatura de 180 grados
centígrados hallar la cantidad de calor transferido por convección si el coeficiente de transferencia
es de 300 Wm2K y la temperatura del aire es 50 grados centígrados
Solución
Datos
A=400cm2*1m2/10000cm2=0,004m2
h=300 Wm2K
T2=180+273=453K
T1=50+273=323K

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Aplicando los datos tenemos
TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN
Cuando dos solidos se encuentran en contacto se genera un flujo de calor desde el sólido más
caliente hacia el más frio; al cabo del tiempo se llega a un equilibrio térmico donde ambos cuerpos
tendrán la misma temperatura. Este fenómeno de transferencia de calor se conoce como
conducción y se puede expresar como
Donde
K conductividad térmica del material
A es el área de la superficie transmisora de calor
diferencia de temperaturas entre el foco caliente y el foco frio
espesor dl material
Ejemplo
Las caras de una superficie rectangular de 3 m2 de área se encuentran a 18 y 45 grados
centígrados de temperatura. Si el espesor del material es de 20 centímetros y la conductividad
térmica del mismo es de 0,5W/mC entonces ¿cuál es la cantidad de calor que se está
transmitiendo por conducción a través de dicha superficie?

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Solución
Datos
K =0,5W/mC
A=3 m2
=45C-18C=27C
=20cm=0,2m
Aplicando los datos tenemos
TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN
Todos los cuerpos emiten radiación debido a su temperatura. El fenómeno de radiación predomina
sobre el de convección y el conducción cuando la temperatura de un cuerpo es muy elevada.
Un cuerpo mas caliente que su entorno radia calor hacia los alrededores, esta radiación termina
cuando el cuerpo alcanza la temperatura de su entorno. Para expresar el fenómeno de radiación
térmica se utiliza la expresión de Ley de Stefan-Boltzmann

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Donde
P:es la potencia radiada
α es un coeficiente que depende del cuerpo radiante
σ 5,67 × 10-8 W/m²K4 constante de Stefan-Boltzmann
T es la temperatura absoluta
S es el área de la superficie que radia
Ejemplo
Un cuerpo negro perfecto con un área de 25 m2 se encuentra a una temperatura de 310K. Hallar la
potencia radiada por este cuerpo.
Solución
Datos
α =1
σ 5,67 × 10-8 W/m²K4
T=310K
S=25 m2
Aplicando los datos tenemos

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