La cantidad de calor transmitido por unidad de área por unidad de tiempo hacia o desde una superficie se denomina flujo de calor . Es una cantidad derivada ya que se basa en la idea de dos cantidades: la cantidad de transferencia de calor por unidad de tiempo y la región hacia o desde la cual se lleva a cabo la transferencia de calor. El julio por segundo o vatio es la unidad SI de tasa de calor.
Fórmula de flujo de calor
La densidad de flujo de calor es la tasa de transferencia de calor por unidad de área. La densidad de flujo de calor se mide en vatios por metro cuadrado (W/m 2 ) en unidades SI. El flujo de calor es una cantidad vectorial bidimensional con magnitud y dirección. La fórmula para el flujo de calor se da como,
JH c =λ × dT / dZ
Dónde,
JH c = flujo de calor conductivo
T = temperatura
λ = constante de conductividad térmica
Fórmula de tasa de flujo de calor
La tasa de flujo de calor en un material se define como la cantidad de calor transportado por unidad de tiempo. La tasa de flujo de calor en una barra está determinada por el área de la sección transversal de la barra, el diferencial de temperatura entre ambos extremos y la longitud de la barra.
Q =−k × (A/l) × (ΔT)
Dónde,
Q es la transferencia de calor por unidad de tiempo
k es la conductividad térmica
A es el área de la sección transversal
l es la longitud del material
∆T es la diferencia de temperatura
Problemas de muestra
Pregunta 1: Una cara de una placa de cobre tiene 10 cm de espesor y se mantiene a 500 ∘ C, y la otra cara se mantiene a 100 ∘ C. Calcula el calor transferido a través de la placa.
Solución:
Coeficiente de conductividad térmica del cobre, λ = 385
dT = 500 – 100 = 400
dx = 5
Sustituye los valores en la fórmula dada
JH c = λ × dT / dZ
JH c = 385 × 400 / 10
JH c = 15.400 MW
Pregunta 2: Calcule la tasa de flujo de calor de una ventana de vidrio con un área de 1,5 mx 1,0 m y un ancho de 3,00 mm, suponiendo que las temperaturas de las superficies exterior e interior son 13,0 y 14,0 grados Celsius, respectivamente.
Solución:
Conductividad térmica del vidrio λ = 0,96 W/mK
Después,
Flujo de calor, JH c = λ × dT / dZ
JH c = 0,96 W/mK × 1 K / 3,0 × 10 -3 m
= 320 W/ m2
Pregunta 3: Una cara de una placa de plata tiene 6 cm de espesor y se mantiene a 700 ∘ C, y la otra cara se mantiene a 100 ∘ C. Calcula el calor transferido a través de la placa.
Solución:
Coeficiente de conductividad térmica de la plata, λ = 419
dT = 700 – 100= 600
dx = 6
Sustituye los valores en la fórmula dada
JH c = λ × dT / dZ
JH c = 419 × 600 / 6
JH c = 41.900 MW
Pregunta 4: Encuentra el espesor de la placa de cobre que mantuvo 400 ∘ C y la otra cara se mantuvo a 200 ∘ C donde el flujo de calor es 40900 MW.
Solución:
Coeficiente de conductividad térmica del cobre, λ = 385
dT = 400 – 200= 200
JH c = 40900 MW
Sustituye los valores en la fórmula dada
JH c = λ × dT / dZ
40900 = 385 × 200/dZ
dZ = 385 × 200 / 40900
= 1,88 cm
Pregunta 5: Una cara de una placa de aluminio tiene 4 cm de espesor y se mantiene a 300 ∘ C, y la otra cara se mantiene a 100 ∘ C. Calcula el calor transferido a través de la placa.
Solución:
Coeficiente de conductividad térmica del aluminio, λ = 239
dT = 300 – 100= 200
dx = 4
Sustituye los valores en la fórmula dada
JH c = λ × dT / dZ
JH c = 239 × 200 / 4
JHc = 11.950MW
Pregunta 6: Una cara de una placa de plomo tiene 3 cm de espesor y se mantiene a 500 ∘ C, y la otra cara se mantiene a 200 ∘ C. Calcula el calor transferido a través de la placa.
Solución
Coeficiente de conductividad térmica del aluminio, λ = 35
dT = 500 – 200= 300
dx = 3
Sustituye los valores en la fórmula dada
JH c = λ x dT / dZ
JH c = 35 x 300 / 3
JHc = 3.500MW
Pregunta 7: Encuentra el espesor de la placa de magnesio que se mantiene a 600 ∘ C y la otra cara se mantiene a 100 ∘ C donde el flujo de calor es de 45000 MW.
Solución:
Coeficiente de conductividad térmica del cobre, λ = 151
dT = 600 – 100= 500
JHc = 45000 MW
Sustituye los valores en la fórmula dada
JHc = λ × dT / dZ
45000 = 151 × 500/dZ
dZ = 151 × 500 / 45000
= 1,67 cm
Publicación traducida automáticamente
Artículo escrito por bunny031200 y traducido por Barcelona Geeks. The original can be accessed here. Licence: CCBY-SA