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Transferencia de calor

Clase 04: Lic. Luz A. Toledo CrdovaMecanismos de Transferencia de Calor La transferencia de calor siempre se produce del sistema de temperatura ms elevada hacia el de temperatura ms baja.

- La transferencia de calor se detiene cuando ambos sistemas alcanzan la misma temperatura.

Figura 1.Ejemplos de transferencia de calorDiariamente todos los mecanismos de transferencia de calor estn presentes en nuestro entorno

Es la energa que tiene un objeto debida al movimiento de sus tomos y molculas que estn constantemente vibrando, movindose y chocando unas con otras. CALOR Examinando las fuentes de calor es el resultado de una transformacin de otras formas de energa de acuerdo con la LEY DE LA CONSERVACION de energa la energa no se crea ni se pierdo nicamente se transformaLos tomos y molculas en una sustancia no siempre se mueven a la misma velocidad.

Esto significa que hay un rango de energa (energa de movimiento) en las molculas. Es una medida del calor o energa trmica de las partculas en una sustanciaComo lo que medimos en sus movimiento medio, la temperatura no depende del nmero de partculas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamao.

TEMPERATURACalor y temperatura.Cuando un cuerpo recibe calor puede:Aumentar su temperatura. En este caso, el calor recibido depender de:Lo que se quiera aumentar T (T)De la masa a calentar (m)Del tipo de sustancia (ce = calor especfico)Cambiar de estado fsico. En este caso la temperatura no vara, y el calor recibido depender de:De la masa a cambiar de estado (m)Del tipo de sustancia (Lf o Lv = calor latente de fusin o vaporizacin)Ambas cosas.Efecto del calor sobre la temperatura.

Cambios de estado10

Calor y Equilibrio trmico Cuando dos cuerpos o sistemas a distinta temperatura se ponen en contacto acaban igualando su temperatura, se dice entonces que ha alcanzado el equilibrio trmico

A cabo de un tiempo el caf se habr enfriado, igualando su T con el ambiente

Cuando 02 sistemas o cuerpos en desequilibrio trmico entran en contacto, el de mayor T transfiere energa trmica al de menor temperatura hasta conseguir el equilibrio trmicoEl calor es la transferencia de energa desde un cuerpo que se halla a mayor temperatura a otro menor

Unidades de calorEn las ciencias fisicas la cantidad de calor se expresa en las mismas unidades que la energa y el trabajo , es decir en JULES . Otra unidad es la calorica , definida como la cantidad de calor necessaria para elevar la temperatura de energa a atmosfera de presin

La energa mecnica puede convertirse en calor a travs del rozamiento y el trabajo mecnico Unidades de medida del calor

Cmo se transmite el calor?Formas de transferencia de calor.

Mecanismos de transmisn de calorConduccin: transferencia de energa desde cada porcin de materia a la materia adyacente por contacto directo, sin intercambio, mezcla o flujo de cualquier material.Conveccin: transferencia de energa mediante la mezcla ntima de distintas partes del material: se produce mezclado e intercambio de materia.Conveccin natural: el origen del mezclado es la diferencia de densidades que acarrea una diferencia de temperatura.Conveccin forzada: la causa del mezclado es un agitador mecnico o una diferencia de presin (ventiladores, compresores...) impuesta externamente.Radiacin: transferencia de energa mediada por ondas electromagnticas, emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fros.CONDUCCINLa Energa se transmite de una molcula a otra. Se produce en el interior de un material que est en contacto directo con otro de mayor temperatura.

Los materiales conductores no ofrecen resistencia al paso del calor y esto se debe a los electrones dbilmente unidos a sus tomos como los metales.

Por ejemplo si calentamos la varilla del metal por un extremo al rato notaras como se calienta por el otro extremo opuesto se denomina CONDUCCION

19Experimento virtual de conduccin del calorConduccinLey de Fourier: determinacin del flujo de calor

(Estado estacionario)Calor difundido por unidad de tiempoConductividad trmica (Wm-1grado -1): calor que atraviesa en la direccin x un espesor de 1 m del material como consecuencia de una diferencia de 1 grado entre los extremos opuestosSuperficie (m2): superficie a travs de la cual tiene lugar la transmisin de calorGradiente de temperatura (grados/m): variacin de la temperatura en la direccin indicada por x.X

AmbientalFsica20Conductividades trmicas de algunos materialesa temperatura ambiente

kBuenos conductoresMalos conductoresLa conductividadtrmica cambia conel estado de agregacin... pero la capacidad de transporte de calor no depende slo de la conduccin

Aplicaciones Industriales Transferencia a travs de: Paredes e Intercambiadores de calor. Grageado Granulado Forjado de Acero Congelados en Industrias de Alimentos. Acondicionamiento de Aire.Intercambiadores de calor

CONVECCINLa transferencia de calor se produce porque la sustancia caliente se desplaza.

Se lleva a cabo por corrientes en un fluido (lquido o gas).

El fluido se calienta, se expande, se hace menos denso y se eleva (su origen en diferencias de densidad). Las regiones ms fras se desplazan hacia el fondo y el proceso se repite.

Es donde se transfiere energa trmica de un punto a otro de un fluido (liquido o gas) por movimiento del propio fluidoLa convencin se transmite energa trmica mediante el transporte de materia

Mecanismos de Transferencia de CalorConduccin Conveccin Nuestra vida cotidiana tambin se ve afectada por los fenmenos de transferencia de calor

conduccinconveccinTipos de ConveccionesSe clasifican de acuerdo a como se induce el flujo: CONVECCION FORZADA

CONVECCION LIBRE O NATURALEquipos de Secado

CONVECCION FORZADA Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluido sobre una superficie slida, por medio de una bomba o un ventilador. Cuando el movimiento de mezclado es inducido por algn agente externo.CAMARA DE SECADO

RADIACINEl calor del Sol puede atravesar la atmsfera y calentar la superficie.

El espacio que separa la atmsfera del Sol es vaco, la conduccin y la conveccin son imposibles.

El calor se transmite por radiacin. La Energa radiante se presenta en forma de ondas electromagnticas.

Mecanismos de Transferencia de CalorRadiacinLa radiacin es la energa emitida por la materia en forma de ondas electromagnticas (o fotones)como resultado de los cambios en las configuraciones electrnicas de los tomos o molculas. Laradiacin trmica es la energa emitida por los cuerpos de acuerdo a su temperatura

Figura 4. Radiacin incidente sobre una paredMaterialK (Wm-1K -1)

Vapor de agua0.025

Aire0.026

Agua lquida0.61

Mercurio8.4

Espuma de poliestireno0.036

Papel0.13

Vidrio0.35-1.3

Hielo2.2

Plomo34

Acero45

Aluminio204

Cobre380