Tema 2 y3 Intercambios de Calor

7/24/2019 Tema 2 y3 Intercambios de Calor

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Mquinas y equipos frigorficos.

Tema 2

TEMA 2.- INTERCAMBIOS TRMICOS

I.- TERMOMETRA Y CALORIMETRA.

2.1.- Teora molecular.2.2.- Temperatura y calor.

2.3.-Tipo !e term"metro

2.#.- Ecala termom$trica.

2.#.1.- Ecala Celiu.

2.#.2.- Ecala %a&re'&eit.

2.#.3.- Ecala (el)i' *o termo!i'+mica,.

2..- E'era i'ter'a y e'talpa.2./.-Cam0io !e eta!o !e la materia.

2./.1-Eta!o !e la materia

2./.2.-Cam0io !e Eta!o

2./.3-Tipo !e calor

2.- Calor epecico.

2.- Calor late'te y Calor e'i0le.

2.4.- 5ri'cipio !e la iual!a! !e lo cam0io !e calor.

2.16.- 7ilataci"' !e lo "li!o.

2.11.- 7ilataci"' !e lo l8ui!o.

2.12.- Co'ecue'cia !e lo e'"me'o !e !ilataci"'.

2.13.- Aplicacio'e !e lo e'"me'o !e la !ilataci"'.

II.- TRANSMISIN DE CALOR.

2.1#.- M$to!o !e tra'mii"' !e calor

2.1#.1.- Tra'mii"' !e calor por co'!ucci"'.

2.1#.2.- Tra'mii"' !e calor por co')ecci"'.

2.1#.3.- Tra'mii"' !e calor por ra!iaci"'.

2.1.- Coeicie'te e'eral !e tra'mii"'K.

2.1/.- Cao epecial !e u'a pare! cil'!rica.


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Tema 2

I.- TERMOMETRA Y CALORIMETRA.

2.1.-TEOR9A MO:EC;:AR

A lo largo de la historia del pensamiento humano se ha elaborado un modeloacerca de cmo est constituida la materia, se conoce con el nombre de MODELOCINICO!MOLEC"LA#$

%eg&n este modelo de materia, todo lo 'ue nos rodea est (ormado por unaspart)culas mu* pe'ue+as, 'ue son inisibles a&n a los me-ores microscopios * 'ue sellaman mol.culas$ Las mol.culas estn en continuo moimiento * entre ellas e/isten(uer0as atractias, llamadas (uer0as de cohesin$ Las mol.culas, al estar en moimiento,se encuentran a una cierta distancia unas de otras$ Entre las mol.culas ha* espacioac)o$ Cuando a+adimos energ)a 1por e-emplo en (orma de calor2 a una materiadeterminada se incrementa la energ)a cin.tica de sus mol.culas, aumentando tambi.nlos espacios intermoleculares, es decir el olumen 'ue ocupan$

Con este modelo, puede e/plicarse per(ectamente el hecho de 'ue la materia puedaencontrarse en tres estados3 S;I7O y ?ASEOSO.

2.2.- TEM5ERAT;RA @ CA:OR

El calor es el proceso de trans(erencia de energ)a entre di(erentes cuerpos o

di(erentes 0onas de un mismo cuerpo 'ue se encuentran a distintas temperaturas$ Este(lu-o de energ)a siempre ocurre desde el cuerpo de ma*or temperatura hacia el cuerpode menor temperatura, ocurriendo la trans(erencia hasta 'ue ambos cuerpos seencuentren en e'uilibrio t.rmico 1e-emplo3 una bebida (r)a de-ada en una habitacin seentibia2$ La energ)a puede ser trans(erida por di(erentes mecanismos de trans(erencia,estos son la radiacin, la conduccin * la coneccin, aun'ue en la ma*or)a de los

procesos reales todos se encuentran presentes en ma*or o menor grado$ Cabe resaltar'ue los cuerpos no tienen calor, sino energ)a interna$

La energ)a e/iste en arias (ormas$ En este caso nos en(ocamos en el calor, 'uees el proceso mediante el cual la energ)a se puede trans(erir de un sistema a otro comoresultado de la di(erencia de temperatura$
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Tema 2

Calor

El calor es una cantidad de energ)a * es una e/presin del moimiento de lasmol.culas 'ue componen un cuerpo$ Cuando el calor entra en un cuerpo se produce

calentamiento * cuando sale, en(riamiento$ Incluso los ob-etos ms (r)os poseen algo decalor por'ue sus tomos se estn moiendo$

El calor, como (orma de energ)a, tiene las siguientes unidades de medida entre lasms usuales3

Calor)a 4cal53 una calor)a es la unidad de calor aportada o e/tra)da para aumentaro reducir en un grado cent)grado la temperatura de un gramo de agua$

6ulio 4653 la cantidad de calor aportado o e/tra)do para aumentar o reducir en ungrado cent)grado la temperatura de un gramo de agua es e'uialente a 789:;6ulios$

Esta es la unidad 'ue se utili0a en el %istema M.trico Internacional$


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Temperatura

La temperatura es la medida del calor de un cuerpo 1* no la cantidad de calor'ue este contiene o puede rendir2$

Los instrumentos utili0ados para reali0ar mediciones de temperatura sedenominan termmetros * aproechan la dilatacin de algunos cuerpos por el calor,como en el mercurio o el alcohol 1(enmeno 'ue trataremos en otro punto del temario2$ambi.n se pueden utili0ar las ariaciones de tensin de apor de algunos (luidos o(enmenos termoel.ctricos$

Diferenia! entre alor " temperatura

odos sabemos 'ue cuando calentamos un ob-eto su temperatura aumenta$ A

menudo pensamos 'ue calor * temperatura son lo mismo$ %in embargo, esto no es as)$El calor * la temperatura estn relacionadas entre s), pero son conceptos di(erentes$

Como *a di-imos, el calor es la energ)a total del moimiento molecular en uncuerpo, mientras 'ue la temperatura es la medida de dicha energ)a$ El calor depende dela elocidad de las part)culas, de su n&mero, de su tama+o * de su tipo$ La temperaturano depende del tama+o, ni del n&mero ni del tipo$

@or e-emplo, si hacemos herir agua en dos recipientes de di(erente tama+o, latemperatura alcan0ada es la misma para los dos, 9BBH C, pero el 'ue tiene ms agua

posee ma*or cantidad de calor$ El calor es lo 'ue hace 'ue la temperatura aumente odisminu*a$ %i a+adimos calor, la temperatura aumenta$ %i 'uitamos calor, la temperaturadisminu*e$ La temperatura no es energ)a sino una medida de ella sin embargo, el calors) es energ)a$
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Tema 2

2.3.-TI5OS 7E TERM


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Tema 2

Estos termmetros determinan la temperatura colocando el aparato sobre lasuper(icie cu*a temperatura se 'uiere medir$ @ueden determinar temperaturas entre !BB* J9$;F;HC$

En tu traba-o probablemente utili0ars alguno de los 'ue se describen a continuacin3

Termorreite'cia$ Consiste en un alambre cu*a resistencia el.ctrica cambia al

ariar la temperatura$ Las de uso ms com&n se (abrican de alambres (inossoportados por un material aislante * luego encapsulados$ El elementoencapsulado se inserta luego dentro de una aina o tubo metlico cerrado en une/tremo, 'ue se llena con un polo aislante * se sella con cemento para impedir'ue absorba humedad$ La intercone/in entre termorresistencias e instrumentosse reali0a con cable com&n de cobre$ La magnitud de la corriente de medicin de

una termorresistencia es cr)tica$ %i es mu* alta, se produce el autocalentamiento,'ue aparecer como un error de medicin$

@odr)amos reali0ar distintas clasi(icaciones de las termorresistencias$ Inicialmentepodr)amos hablar de3

K 5TC3 Al aumentar la temperatura, aumenta la resistencia$K NTC3 Al aumentar la temperatura, disminu*e la resistencia$

Otra posible clasi(icacin atender)a al material del 'ue estn empleadas$ As) tenemos,

entre otras3

5t 1663 %on termorresistencias de platino$ ienen un alor de 9BB a B HC$ %on

las 'ue miden rangos ms amplios de temperaturas, las ms e/actas * estables,*a 'ue es di()cil 'ue se contaminen con el medio en 'ue se encuentran$ Ademssu relacin resistencia!temperatura es ms lineal 'ue la de cual'uier otromaterial 1con la e/cepcin del cobre2$

En la (igura siguiente aparece la cura de una @t 9BB$


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Tema 2

Ni 663 ermorresistencia de n)'uel con un alor de GBB a BHC$

Nuestro problema no es decidir 'ue tipo de termorresistencia debemos utili0ar paracada aplicacin, sino seleccionarla correctamente seg&n las caracter)sticas t.cnicas delinstrumento de medida3 numero de hilos, tipo de encapsulado, etc$ Obsera el es'uemael.ctrico de la (igura siguiente correspondiente a un programador electrnico en el 'ueaparecen distintas alternatias para la sonda de temperatura$

Es'uema de cone/iones de un controlador 1Eliell2$

En la (igura puedes er una @t con el conersor de se+al sin integrar 1a2 e integrado 1b2$La termorresistencia necesita un dispositio para interpretarP a 'ue alor de

temperatura corresponde el alor de dicha termorresistencia$ As) mismo, suele sernecesario transmitir la se+al a distancias 'ue pueden ser largas, por lo 'ue es preciso


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Tema 2

conertir la se+al de la termorresistencia en una se+al de oltios o mA$ Qeneralmente sesuelen utili0ar los alores B ! 9B Roltios, B ! B mA 7 ! B mA$

En la siguiente (otogra()a se muestra el aspecto de una @t 9BB sin conectar * suapariencia una e0 conectada$

ermorresistencia @t 9BB instalada$

Las se+ales de 7 B mA no slo se emplean con las sondas de temperatura sino'ue tambi.n son mu* utili0adas con los transmisores de presin, $En la (igura aparece la se+al procedente de un transmisor de presin con un rangocomprendido entre B * B bar$


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Tema 2

Termopar.Es un dispositio utili0ado para medir temperaturas basado en la

(uer0a electromotri0 'ue se genera al calentar la soldadura de dos metales

distintos$ No mide temperaturas absolutas, sino la di(erencia entre el e/tremocaliente * el (r)o$ Los termopares son mu* usados como sensores de temperatura$%on baratos, intercambiables, tienen conectores estndar * son capaces de medirun amplio rango de temperaturas$ Los termopares se designan mediante letras1, E, 6, S, #, N,


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Tema 2

"ILITACIUN DE 3@t9BB ermopar

Cuando se re'uiere alta precisin Cuando el lugar de medida re'uiere untermmetro mu* pe'ue+o o delgado

1V9mm2Cuando la temperatura est por deba-o de7BB HC

Cuando la temperatura e/cede de 7BB HC

Cuando no se re'uiere un tiempo rpidode respuesta

Cuando se re'uiere un tiempo de respuestarpido

Cuando no se esperan cho'ues niibraciones

Cuando se esperan cho'ues o ibraciones

Cuando se 'uieren eitar los problemasel.ctricos

Cuando se necesita una longitud espec)(icade inmersin

Aplicaciones de termorresistencias * termopares$

C. Me!i!ore !e temperatura i' co'tacto

"n medidor de este tipo es el termmetro por in(rarro-os$ %u (uncionamiento sebasa en la medicin de la radiacin in(rarro-a emitida por un cuerpo para determinar sutemperatura$ %on mu* &tiles en aplicaciones el.ctricas, electrnicas, de cale(accin,entilacin * aire acondicionado, * resultan mu* seguros en traba-os con carga el.ctrica,moimientos rotatios, en posiciones di()ciles de alcan0ar o con temperaturas

e/tremadamente altas$ Qeneralmente poseen un ra*o de lu0 piloto para indicar el centrodel punto de medida$ En super(icies brillantes o pulidas, slo se podrn utili0ar paradeterminadas tendencias de temperatura$ No es posible en estos casos reali0armediciones absolutas$ %on mu* cmodos de utili0ar, pero ms caros 'ue los de contacto$

2.#.- Ecala termom$trica.

A (in de reali0ar la graduacin de los termmetros de (orma cmoda *

(cilmente reproducible, se han escogido conencionalmente puntos de re(erencia A *

< correspondientes a las temperaturas inariables ba-o las cuales se producen siemprelos (enmenos ()sicos (ciles de reproducir u de controlar con e/actitud$ Estos dos

puntos de re(erencia son conocidos por los dos puntos (i-os de la escala$


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Tema 2

Seleccin de puntos fijos

Los dos (enmenos ()sicos deducidos para la eleccin de los puntos (i-os son,

ba-o presin atmos(.rica normal3

El hielo de agua pura se (unde siempre a la misma temperatura

El apor emitido por el agua pura en ebullicin est siempre a

temperatura constante$

2.#.1.- Ecala Celiu.

%i damos al punto A, el alor de B * el alor 9BB al punto


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Tema 2

2.#.3.- Ecala (el)i' *o termo!i'+mica,.

En termodinmica se demuestra 'ue la temperatura de X ;,9G W C es la ms

ba-a 'ue puede e/istir$ Esta temperatura ha sido llamada cero a!soluto$ En los clculosde termodinmica los ()sicos * los t.cnicos (i-an las temperaturas a partir de este l)mite

in(erior$ As) se ha logrado una nuea escala termom.trica conocida como escala

termodinmica o Selin, en la 'ue todas las temperaturas son positias$

El Selin, unidad de temperatura termodinmica, es la (raccin 9;,9G de la

temperatura termodinmica del punto triple del agua$

El punto triple de un cuerpo corresponde a una temperatura precisa * (i-a$ Es la

temperatura en la 'ue pueden coe/istir inde(inidamente * en e'uilibrio, los estadosslido!l)'uido!gaseoso de un mismo cuerpo$

9G,C;DWW += C"T

2..-ENER?IA INTERNA @ ENTA:59A

odos los sistemas tienen energ)a debido a los di(erentes tipos de moimiento de

las mol.culas, de los tomos 'ue las con(orman * de los electrones$ Los moimientos

pueden ser de ibracin, rotacin * translacin$ ambi.n, contribu*e en el aporte

energ.tico, las (uer0as de atraccin * repulsin 'ue se dan entre las mol.culas, los

tomos, los electrones * los n&cleos$

A todos estos moimientos e interacciones sin considerar la energ)a cin.tica del

sistema en su con-unto * su energ)a potencial debido a su posicin, se llama energ)a

interna * se representa como E o "$

Como es imposible determinar el contenido total de energ)a interna de un

sistema, slo se puede cuanti(icar a tra.s de los intercambios energ.ticos 'ue realice$

Al tomar en consideracin la primera le* de la termodinmica, el cambio de la energ)a

interna est dado por3

E E Ei o ; ; ;i


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Tema 2

As), la energ)a interna es una (uncin de estado$Cual'uier sistema puede intercambiar energ)a con su entorno como traba-o o

calor * su energ)a interna cambia cuando se agrega energ)a t.rmica o se e/trae, tambi.n,cuando se hace traba-o sobre el sistema o si .ste lo reali0a hacia el entorno, de tal

manera 'ue si &nicamente se suministra energ)a t.rmica al sistema, el cambio de laenerg)a interna es3

Y" ? '

Z si slo se reali0a traba-o, el cambio de la energ)a interna ser3

Y" ?

1En ambos casos el signo es positio por'ue es hacia el sistema2$

%i se llean a cabo ambos procesos, entonces3

Y" ? ' J

2./.-CAMBIOS 7E ESTA7OS

2./.1 ESTA7OS 7E :A MATERIALas sustancias e/isten en tres estados, en (uncin de su temperatura, presin *

contenido t.rmico3

K S"li!o3 cual'uier sustancia ()sica 'ue consera su (orma incluso aun'ue no est.dentro de un contenedor$ Consta de miles de millones de mol.culas, todase/actamente con el mismo tama+o, masa * (orma$ Estn en la misma posicinrelatia unas de otras, pero a&n as) , pueden ibrar$ Esta elocidad de ibracindepender proporcionalmente de la temperatura, a ma*or temperatura, ma*or

ibracin, * iceersa$Las mol.culas se atraen (uertemente entre s) * es necesaria mucha (uer0a para

poder separarlas$ %on propiedades caracter)sticas de un slido su rigide0, sudure0a * su resistencia$


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Tema 2

K :8ui!o3 es cual'uier (luido cu*o olumen se mantiene constante encondiciones de temperatura * presin tambi.n constantes$ %u (orma est de(inida

por su contenedor$"n l)'uido e-erce presin en el contenedor con igual magnitud hacia todos loslados$ Las mol.culas se atraen entre s) con una (uer0a menor 'ue en los slidos$

El n&mero de part)culas por unidad de olumen es mu* alto, por ello son mu*(recuentes las colisiones * (ricciones entre ellas$ As) se e/plica 'ue los l)'uidosno tengan (orma (i-a * adopten la (orma del recipiente 'ue los contiene$

?a3 es un (luido 'ue no tiene (orma ni olumen (i-o$ Las (uer0as 'ue mantienen

unidas las part)culas son mu* pe'ue+as, as) como el n&mero de part)culas porunidad de olumen$ Las part)culas se mueen libremente de (orma desordenada,con cho'ues entre ellas * con las paredes del recipiente 'ue lo contiene, de modo'ue ocupan todo el espacio disponible$ Al aumentar la temperatura las part)culesse mueen ms deprisa * chocan con ms energ)a contra las paredes delrecipiente, por lo 'ue aumenta la presin$

El agua a presin atmos(.rica estndar * temperaturas ba-o cero es un slido 1hielo2$

EntreB HC * 9BB HC es un l)'uido 1agua2, * a partir de 9BB HC es un gas 1apor2$


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Tema 2

2./.2- CAMDIOS 7E ESTA7O

La ma*or)a de las sustancias cambian de estado ()sico cuando absorben o eliminancalor3Absorber calor prooca3

[ue los slidos se coniertan en l)'uidos3 (usin$

[ue los slidos se coniertan gases, sin pasar por l)'uido3 sublimacin$

[ue los l)'uidos se coniertan en gases3 apori0acin$

Eliminar calor prooca3 [ue los gases se coniertan en l)'uidos3 condensacin$

[ue los l)'uidos se coniertan en slidos3 solidi(icacin$

[ue lo gases se coniertan en slidos, sin pasar por l)'uido3 sublimacin

inersa$

Aun'ue el paso de gas a l)'uido depende, entre otros (actores, de la presin * de latemperatura, generalmente se llama condensacin al trnsito 'ue se produce a presionescercanas a la ambiental$ Cuando se usa una sobrepresin eleada para (or0ar esta

transicin, el proceso se denomina licue(accin$

Es'uema general


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Tema 2

2./.3 TI5OS 7E CA:OR

%ui"'%i empe0amos a calentar un recipiente donde ha* unos tro0os de plomo *

medimos la temperatura 'ue e/perimenta el plomo cada cierto interalo detiempo 1por e-emplo B segundos2 obseramos 'ue la temperatura aumenta hasta'ue alcan0a el alor de temperatura de (usin$ A partir de esta temperatura, el

plomo e/perimenta un cambio de (ase 1slido a l)'uido2 * mientras tanto, latemperatura se mantiene constante$

o emperatura de (usin3 es la temperatura en la 'ue comien0a a

producirse la (usin * por lo tanto ser constante a lo largo del (enmeno$o Calor de (usin3 el calor de (usin de una sustancia es el calor necesario

para (undir una unidad de su tambi.n, una e0 la temperatura$

Soli!iicaci"'

Es el (enmeno inerso a la (usin, por lo tanto, si en(riamos una sustancia enestado l)'uido, este perder temperatura hasta 'ue alcance la temperatura de

solidi(icacin$

emperatura de solidi(icacin3 A'uella en la 'ue se produce la solidi(icacin$ Es

el mismo alor 'ue la temperatura de (usin$

Calor de solidi(icacin3 Cantidad de calor 'ue tiene 'ue perder una unidad de la

substancia en cuestin con el (in de solidi(icarse una e0 alcan0a la temperaturade solidi(icacin$

Daporitaci"'


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Tema 2

Como *a hemos comentado anteriormente es la transicin de l)'uido a gas,cual'uier material$

La apori0acin puede darse en dos procesos3

E)aporaci"'3 Cuando el cambio de (ase de l)'uido a gas se producesolamente en la super(icie del l)'uido$ Normalmente suele ser unaeaporacin lenta, aun'ue en algunos l)'uidos no es tanto, como el alcohol ola gasolina$

E0ullici"'3 %implemente es una eaporacin rpida 'ue tiene lugar en toda

la masa del l)'uido$

emperatura de ebullicin3 A'uella en el 'ue empie0a a herir * permanece

constante mientras se est. produciendo este cambio de estado$

Calor de apori0acin3 cantidad de calor 'ue debe suministrarse en 9 >g de

una substancia para pasar de la (ase l)'uida a gaseosa

A'u) podemos obserar representado el proceso de eaporacin * condensacin de una sustancia$

abla de alores de emperaturas de ebullicin * calor de apori0acin de algunassustancias$


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Tema 2

Co'!e'aci"' o :icuaci"'

%e trata del proceso inerso a la eaporacin, es decir 'ue ahora seproduce un paso de gas a l)'uido$ De la misma (orma 'ue la solidi(icacin, el

material tiene 'ue perder calor para poder e/perimentar este cambio de (ase$@ara lograr 'ue se producir este (enmeno podemos actuar sobreLa presin3 %i la aumentamos acortamos las distancias entre las

part)culas 'ue (orman la materia se termina conirtiendo un gas en l)'uidoLa temperatura3 %i se reduce la temperatura de un gas, sus part)culas

pierden moilidad * acaban licundose

2.- Calor epecico.

El calor espec)(ico de un cuerpo es la cantidad de calor Ce'ue hace (alta

suministrar a la unidad de masa de este cuerpo para elear su temperatura 9 WS 1WC2$

TCm# e = $$

siendo3

[ cantidad de calor cedido o absorbido por un cuerpo en 6 o >6$

m masa del cuerpo en >g$

Ce calor especi(ico del cuerpo en 6g S >6>g S$ \ incremento de temperatura 1(! i2 en S o WC$

2.- Calor late'te y Calor e'i0le.

%e de(ine Calor latente 1[len >-2 como la cantidad de calor 'ue ha* 'ue

aplicarle a un cuerpo para 'ue cambie su estado$ Este calor aplicado sobre el cuerpo no

produce aumento de temperatura en el cuerpo, todo el calor aplicado se utili0a para

poder hacer el cambio de estado$ $l lm# ]=


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Tema 2

[l, calor latente en >-$

m, masa en >g

l/, calor latente de (usin, condensacin, eaporacin, o solidi(icacin en >->g$

%e de(ine Calor !en!i%le 1[sen >-2 como la cantidad de calor 'ue ha* 'ue

aplicarle a un cuerpo para 'ue cambie su temperatura$

TCm# es = ]]

[s, calor sensible en >-$

M, masa en >g$

Ce, calor espec)(ico en >-1>g]S2$

Y, incremento de temperatura en WC o S$

CALOR ESPECFICO(A 25 C)

SUSTANCIA cal/g C J/kg K

Aire !2" #$#

Ag%a (l&'%ia) #! "$#

2.4.- 5ri'cipio !e la iual!a! !e lo cam0io !e calor.

Cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto, el cuerpo 'ue

est a ma*or temperatura ceder calor al cuerpo 'ue est a menor temperatura$ @or tanto

el cuerpo 'ue est a menor temperatura absorber ese calor 'ue se cede consiguiendo as)'ue se llegue al e'uilibrio t.rmico entre ambos cuerpos, esto es, 'ue sus temperaturas se

igualen$

a!so!idocedido ## =

TCm# ecedido = $$ TCm# ea!sor!ido = $$

siendo3 [cedido cantidad de calor cedido por un cuerpo en 6 o >6$


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Tema 2

[absorbido cantidad de calor absorbido por un cuerpo en 6 o >6$

m masa del cuerpo en >g$

Ce calor especi(ico del cuerpo en 6g S >6>g S$

\ incremento de temperatura 1(! i2 en S o WC$

2.16.- 7ilataci"' !e lo "li!o.

En los slidos se da dos tipos de dilatacin, la dilatacin en longitud o dilatacin

lineal* la dilatacin en olumen o dilatacin %olum&trica.

'ilatacin lineal

La dilatacin lineal es el (enmeno 'ue ulgarmente llamamos el alargamiento

de un cuerpo slido debido al aumento de su temperatura por calentamiento$

La dilatacin lineal es proporcional a la eleacin de la temperatura * a la

longitud inicial$

291 tll TiTf +=

%iendo3

^, coe(iciente de dilatacin lineal$

l(, longitud (inal a ( WC$1m2

li, longitud inicial a i WC$ 1m2

\, Rariacin de temperatura$ 1(!i2

'ilatacin c(!ica.

La dilatacin c&bica es la dilatacin en olumen de un cuerpo slido$

291 t)** TiTf +=

%iendo3

>, coe(iciente de dilatacin c&bica$

>?$^

R(, olumen (inal a ( WC$1m2

Ri, olumen inicial a i WC$ 1m2



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Tema 2

2.11.- 7ilataci"' !e lo l8ui!o.

'ilatacin aparente y a!soluta.

%uponiendo 'ue se pone a calentar en un recipiente un l)'uido, al cabo de un

determinado tiempo se podr apreciar 'ue .ste ha aumentado su olumen$ Estaapreciacin no es e/acta, es aparente *a 'ue para poder obserar este (enmeno con

total precisin se tendr)a 'ue reali0ar la e/periencia con el l)'uido (uera del recipiente,

lo cual resulta imposible$

@ara poder determinar la dilatacin absoluta nos amos a aler del coe(iciente de

dilatacin absoluta, 'ue es el aumento de %olumen e$perimentado por la unidad de

%olumen de este lquido para una ele%acin de temperatura de un grado Celsius +,"-.

291 tm** TiTf +=

%iendo3

m, coe(iciente de dilatacin absoluta$

R(, olumen (inal a ( WC$1m2

Ri, olumen inicial a i WC$ 1m2


2.12.- Co'ecue'cia !e lo e'"me'o !e !ilataci"'.

La principal consecuencia de los (enmenos de dilatacin es la ariacin de la masa

olum.trica 'ue su(ren los cuerpos al dilatarse$

@ara un slido @ara un l)'uido

291 T)

TiTf

+=

291 Tm

TiTf

+=

>, coe(iciente de dilatacin c&bica$

m, coe(iciente de dilatacin absoluta$

_(, masa olum.trica a ( WC$ 1>gm2

_i, masa olum.trica a iWC$ 1>gm2


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Tema 2

2.13.-Aplicacio'e !el e'"me'o !e !ilataci"'

El (enmeno de la dilatacin es importante * debemos tenerlo en cuenta a a lahora de construir edi(icios, puentes, l)neas de (errocarril$

@or e-emplo, en este &ltimo caso los rieles siempre disponen de una cierta

separacin cada cierta distancia para eitar des)os suaes de los carriles proocados

por el aumento de su longitud como el e(ecto de dilatacin

La ma*or)a de puentes estn proistos de las llamadas -untas de dilatacin 'ue

tienen la misma (uncin 'ue las -untas de los rieles del tren$ Absorber cual'uier

aumento del olumen del material debido al e(ecto de la dilatacin, con el (in deasegurar un correcto * seguro (uncionamiento del puente$

%in embargo el (enmeno de dilatacin tambi.n se utili0a para diersas

aplicaciones interesante 'ue ho* nos rodea a todos nosotros$ "n claro e-emplo es el

termmetro de mercurio 1`g2 'ue tenemos en casa$ El Mercurio al estar sometido a una

ma*or temperatura su(re el e(ecto de la dilatacin * como se encuentra encerrado a un

olumen constante, aumentando su olumen subiendo a una altura determinadaindicando en todo momento, la temperatura a la 'ue nos encontramos$


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Tema 2

Otras aplicaciones ser)a 'ue el principio de (uncionamiento de un t.rmico 'ue

est basado en el uso de una bilmina$ %e trata de un con-unto de dos materiales

unidos, con di(erentes coe(icientes de dilatacin$ Al incrementarse la temperatura los

dos materiales se dilatan, pero uno ms 'ue el otro produci.ndose una curatura, 'ue asu e0 producir la descone/in del abastecimiento de energ)a el.ctrica$


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Tema 2

II.- TRANSMISIN DE CALOR.

2.1#.- M$to!o !e tra'mii"' !e calor.

La transmisin de calor entre los cuerpo siempre se produce desde el cuerpo mas

caliente al mas (r)o * nunca al re.s, esto es, desde el cuerpo 'ue posee ma*or

temperatura al cuerpo 'ue posee menor temperatura$ ranscurrido un tiempo amboscuerpos tendrn la misma temperatura 1temperatura de e'uilibrio2$

E/isten tres (ormas de transmisin de calor3

ransmisin de calor por conduccin

ransmisin de calor por con%eccin

ransmisin de calor por radiacin$

2.1#.1- Tra'mii"' !e calor por co'!ucci"'.La transmisin de calor por conduccin tiene lugar entre dos cuerpos 'ue se

encuentran en contacto * a distinta temperatura$


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Tema 2

TS" = $$ t"= $ =

e

"

9 t# $=

%iendo

(lu-o de calor de calor transmitido por conduccin a tra.s del muro

en $

3 (lu-o de calor super(icial a tra.s del muro en m$

[3 cantidad de calor transmitida en un tiempo en 6$

9S3 coe(iciente globo de transmisin de calor en m]S$

% super(icie o rea en m

$ \ di(erencia de temperatura 1e/t!int2 en S o WC$

e espesor del material 'ue constitu*e un muro en m$

^ coe(iciente de conductiidad t.rmica de un material en m]S$

t3 tiempo en segundos$

2.1#.2- Tra'mii"' !e calor por co')ecci"'.

En los (luidos 1l)'uidos o gases2, las di(erencias de temperatura reinantes en el senode la masa del (luido proocan ariaciones de densidad$ Estas di(erencias de densidad

crean en el seno mismo del (luido unos moimientos conocidos por mo%imientos de

con%eccin 'ue tienden a igualar las temperaturas de los diersos puntos de la masa

(luida por el cambio rec)proco de las part)culas del (luido al contacto con las super(icies

slidas 'ue a'u.l ba+a$ Estas part)culas se calientan o se en(r)an seg&n sea la

temperatura de la pared superior o in(erior a la temperatura media del (luido$

Los moimientos de coneccin son, pues, (actores esenciales en la transmisin decalor entre un cuerpo slido * un (luido$


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Tema 2

Los moimientos de coneccin pueden ser naturales o proocados arti(icialmente,

por lo 'ue distinguiremos la con%eccin natural * la con%eccin for/ada.

E/istir coneccin natural si los moimientos del (luido estn engendrados

&nicamente por las di(erencias de densidad debidas a las di(erencias de las temperaturas

reinantes en el seno de la masa del (luido$ Estos moimientos son generalmente lentos$

E/iste coneccin (or0ada cuando los moimientos nacen de acciones e/teriores como la

de un entilador o del tiro de aire de una chimenea$ Estos moimientos sern ms o

menos rpidos$

TS0c = $$ t# $=

%iendo3

(lu-o de calor de calor transmitido por coneccin a tra.s del muro

en $

hc3 coe(iciente de coneccin en m]S



\ di(erencia de temperatura 1e/t!int2 en S o WC$

2.1#.3.- Tra'mii"' !e calor por ra!iaci"'.

Este tipo de transmisin se da cuando no e/iste ning&n material de por medio

para la transmisin propiamente dicha, por e-emplo la radiacin solar$

7$T1# =


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Tema 2

%iendo3


#3 constante del cuerpo emisor$

3 temperatura en S

2.1.- Coeicie'te e'eral !e tra'mii"'K.

El la prctica, los tres medios de transmisin se dan a la e0 * no se pueden

separar$

Llamaremos coe(iciente general o global de transmisin al coe(icienteK'ue

engloba los tres coe(icientes de las (ormas en 'ue el calor se transmite3

++=0i

e

0e"

999

TS" = $$ t"= $ t# $=

%iendo


en $

3 (lu-o de calor super(icial a tra.s del muro en m$

[3 cantidad de calor transmitida en un tiempo en 6$ S3 coe(iciente globo de transmisin de calor en m]S$

% super(icie o rea en m$

\ di(erencia de temperatura 1e/t!int2 en S o WC$

e espesor del material 'ue constitu*e un muro en m$

^ coe(iciente de conductiidad t.rmica de un material en m]S$


he coe(iciente de coneccin!radiacin de la pared e/terior en m]S$

hi coe(iciente de coneccin!radiacin de la pared interior en m]S$

S0e

Tese$

=

S0iTisi

$

+=

%iendo3


en $

se temperatura super(icial e/terna$


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Tema 2

si temperatura super(icial interna$

he coe(iciente de coneccin!radiacin de la pared e/terior en m]S$

hi coe(iciente de coneccin!radiacin de la pared interior en m]S$

% super(icie o rea en m$

2.1/.- Cao epecial !e u'a pare! cil'!rica.

a, 5are! o tu0era impleF

Tl" = $$$C$ T" = $$C$ t# $=

ri0ir

r

re0e" $

9ln

9

$

99

9

C ++=

A0eTese

$

=

A0iTisi

$

+=

0, 5are! o tu0era compuetaF


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Tema 2

++= +ri0ir

r

re0e" i

i

$

9ln

9

$

99 9

%iendo

ri radio interior en m$

re radio e/terior en m$

Tema 2 y3 Intercambios de Calor

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