Transferencia de Calor
La transferencia de calor es el paso de energía térmica
desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un
cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura
diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía
térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor,
ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La
transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más
frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una
diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la
transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
Los modos de transferencia son diferentes procesos de
transporte de calor, usualmente se agrupan en tres tipos según haya también
transferencia o no transferencia de materia (o fotones) como los siguientes:
Conducción: Es la
transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario que
puede ser un sólido- cuando existe una diferencia de temperatura.
Convección: La convección es una de las tres formas de
transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un
fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes
temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales
fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio
del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de
bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte
de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en
la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.
Radiación: se puede atribuir a cambios en las
configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En
ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación
entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las
superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas
electromagnéticas.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o
entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que
es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus partículas
microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la
materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente
a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende del intercambio
de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos de vibración de
sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).1
1.
Objetivo:
Hallar el calor transmitido
2.
Alcance:
Aplicación a la ley de Fourier
3.
Marco teórico
Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en una sola
dirección, el calor transmitido es proporcional al área perpendicular al flujo
de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de temperatura, y
es inversamente proporcional al espesor.
Donde:
Q = es la calor transmitido por
unidad de tiempo.
k = es la conductividad térmica.
A = es el área de la superficie de
contacto.
(T1-T2) = es la diferencia de
temperatura entre el foco caliente y el frío.
x = es el espesor del material.
4.
Procedimiento:
Ejercicio de aplicación:
Una plancha de de aluminio de 2mm de espesor tiene un área de 10 cm², le
atraviesan 75 cal/s, la temperatura de la cara caliente es de 100ºC y de la
cara más fría es de 97ºC. ¿Cuánto es el calor transferido en 1s?
Se
sabe que la constante de conductividad térmica es 0.50 cal/ºC.cm.s Rpta: 75cal
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