MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

El calor puede transferir en tres mtodos diferentes:

Conduccin Se da en los slidos, se basa en el contacto directo de las partculas de dos cuerpos, haciendo pasar el movimiento cintico, de sus partculas al otro cuerpo, por lo cual fluye la temperatura, esta transmisin de calor continuara mientras exista una diferencia de temperatura entre los extremos y cesara por completo cuando sea la misma temperatura en las dos partes. Un ejemplo de esto es cuando ponemos una varilla de acero el fuego, la cual con el paso del tiempo y la intensidad del fuego se van calentando poco a poco, la varilla hasta que el calor toca el otro extremo de la varilla.

Conveccin Se presenta en los lquidos y gases. Este mecanismo se basa en que las molculas calientes de un lquido o de un gas tienen tendencia a elevarse, mientras que las molculas fras tienden a descender, formando as las llamadas corrientes de conveccin. Un ejemplo claro es cuando ponemos a calentar agua en una tetera, esta con el calor que se empieza a provocar se comienza a calentar el agua por lo cual se empiezan a formar como lo habamos mencionado las corrientes de conveccin.

Radiacin Este no se produce por ningn intercambio de masa y no se necesita ningn medio material para que se transmita; en este momento se da la transmisin de calor que se da por medio de ondas electromagnticas esparcidas incluso en el vaci, todos los cuerpos calientes emiten radiaciones calorficas, es decir, ondas electromagnticas de energa proporcional a su temperatura. Un ejemplo sera en una fogata nos proporciona calor en las noches para que nuestra temperatura no baje, ya que el fuego de la fogata provoca con su calor andas electromagnticas las cuales si estamos ms cerca de la fogata sentiremos ms el calor que nos proporciona.

Conductividad Trmica En el proceso de conduccin trmica, la transferencia de calor puede ser interpretada en la escala atmica como un intercambio de energa entre las partculas microscpicas (molculas, tomos electrones libres), en el cual las partculas ms energticas entregan energa a las menos energticas a travs de colisiones. Es posible determinar la conductividad trmica de una sustancia particular, mediante la medicin del tiempo de transferencia de una cantidad de calor conocida que pasa a travs de una lmina constituida del material en cuestin. El propsito del experimento aqu propuesto es determinar el coeficiente de conductividad trmica para dos materiales distintos. La magnitud inversa de la conductividad trmica es la resistencia trmica (capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor). Aislante trmico.

La conductividad trmica de un material es una medida de capacidad del material para conducir calor. Un valor elevado para la conductividad trmica indica que el material es un buen conductor de calor y un bajo indica que es un malo conductor o que es un aislante.

La conductividad trmica de los gases es proporcional a la raz cuadrada de la temperatura termodinmica T e inversamente proporcional a la raz cuadrada de la masa molar M. Por lo tanto, la conductividad trmica de un gas crece al aumentar la temperatura y al disminuir la masa molar. Las conductividades trmicas de los lquidos suelen encontrarse entre las de los slidos y las de los gases. Normalmente, la conductividad trmica de una sustancia alcanza su valor mximo en la fase slida y el mnimo en la fase gaseosa. A diferencia de los gases, las conductividades trmicas de la mayor parte de los lquidos decrecen al incrementarse la temperatura, constituyendo el agua una notable excepcin. Como los gases, la conductividad de los lquidos disminuye al aumentar la masa molar. Los metales lquidos como el mercurio y el sodio presentan conductividades trmicas elevadas y resultan muy apropiados para usarse cuando se desea una gran razn de transferencia de calor hacia un lquido, como en las plantas nucleares de generacin elctrica.

Ley de Fourier La razn de conduccin del calor en una direccin x es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx en esa direccin y se expresa por la ley de Fourier de la conduccin del calor como

La ley de Fourier dice que el flujo de calor a travs de una superficie, un rea (Q/A) proporcional a

la diferencia de temperaturas entre los distintos puntos del cuerpo (gradiente de Temperaturas).

La constante de proporcionalidad, se llama conductividad (landa), y es especfica para cada

material.

Entonces la ley queda:

Ejemplo:

Formula

X = L (Espesor)

Datos:

Determinar temperatura exterior (T2)= ?

Solucin:

Conduccin unidireccional La conduccin de calor en estas y muchas otras configuraciones geomtricas se puede considerar unidimensional, ya que la conduccin a travs de ellas ser dominante en una direccin y despreciable en las dems. Enseguida, se desarrollar la ecuacin unidimensional de la conduccin de calor en coordenadas rectangulares, cilndricas y esfricas.

Ecuacin de la conduccin en una pared plana grande Considere un elemento delgado de espesor _x en una pared plana grande, como se muestra en la figura 2-13. Suponga que la densidad de la pared es r, el calor especfico es C y el rea de la pared perpendicular a la direccin de transferencia de calor es A. Un balance de energa sobre este elemento delgado, durante un pequeo intervalo de tiempo _t, se puede expresar como

Aguilar Chvez Melquiades