Transferencia
de calor
Modos de
transmisión de calor
Objetivos
OBJETIVO GENERAL.
Reconocer la importancia de la transferencia de calor en los diferentes y cuerpos y medios que se pueda presentar.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
* Diferenciar los tres mecanismos en los que se puede transferir el calor.
* Analizar el porque se transfiere el calor de un cuerpo a otro en diferentes temperaturas.
* Conocer la importancia del paso de energía térmica en la vida real.
OBJETIVO GENERAL.
Reconocer la importancia de la transferencia de calor en los diferentes y cuerpos y medios que se pueda presentar.
OBJETIVOS ESPECIFICOS.
* Diferenciar los tres mecanismos en los que se puede transferir el calor.
* Analizar el porque se transfiere el calor de un cuerpo a otro en diferentes temperaturas.
* Conocer la importancia del paso de energía térmica en la vida real.
Introducción
La
presente investigación se refiere al tema de transferencia de calor que se
puede definir como paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura
a otro de menor temperatura.
La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. El calor se asocia con la energía interna cinética y potencial de un sistema (movimiento molecular aparentemente desorganizado).
El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación.
La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. El calor se asocia con la energía interna cinética y potencial de un sistema (movimiento molecular aparentemente desorganizado).
El calor siempre fluye desde una región con temperatura más alta hacia otra región con temperatura más baja. La transferencia o dispersión del calor puede ocurrir a través de tres mecanismos posibles, conducción, convección y radiación.
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.
Modos de
transferencia de calor
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 :
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 laenergía 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).
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:
es
el calor transmitido por unidad de tiempo.
(o 
) es la conductividad
térmica.
es el área de la
superficie de contacto.
es
la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el frío.
es el espesor del
material.
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.
La
transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla
de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido.
Se incluye también el intercambio de energía entre
una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u
otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la
transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y
en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las
diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el
fluido.
Donde 
es el coeficiente de convección (o coeficiente
de película), es el área del
cuerpo en contacto con el fluido, 
es la temperatura
en la superficie del cuerpo y 
es la temperatura del
fluido lejos del cuerpo.
es el coeficiente de convección (o coeficiente
de película), es el área del
cuerpo en contacto con el fluido, es la temperatura
en la superficie del cuerpo y es la temperatura del
fluido lejos del cuerpo.
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
Se denomina radiación térmica o radiación
calorífica a la emitida por
un cuerpo debido
a su temperatura.
Todos los cuerpos emiten radiación electromagnética, siendo su
intensidad dependiente de la temperatura y de la longitud de onda considerada.
En lo que respecta a la transferencia de calor la radiación relevante es la
comprendida en el rango de longitudes de onda de 0,1µm a 100µm, abarcando por
tanto parte de la región ultravioleta, la visible y la infrarroja del espectro
electromagnético.
La
materia en un estado condensado (sólido o líquido) emite un espectro de
radiación continuo. La frecuencia de onda emitida por radiación térmica
es una densidad de probabilidad que depende solo de la temperatura.Los cuerpos negros emiten radiación térmica con el mismo espectro correspondiente a su temperatura, independientementede los detalles de su composición. Para el caso de un cuerpo negro, la función de densidad de probabilidad de la frecuencia de onda emitida está dada por la ley de radiación térmica de Planck, la ley de Wien da la frecuencia de radiación emitida más probable y la ley de Stefan-Boltzmann da el total de energía emitida por unidad de tiempo y superficie emisora (esta energía depende de la cuarta potencia de la temperatura absoluta).
A
temperatura ambiente, vemos los cuerpos por la luz que reflejan, dado que por
sí mismos no emiten luz. Si no se hace incidir luz sobre ellos, si no se los
ilumina, no podemos verlos. A temperaturas más altas, vemos los cuerpos debido
a la luz que emiten, pues en este caso son luminosos por sí mismos. Así, es
posible determinar la temperatura de un cuerpo de acuerdo a su color, pues un cuerpo que
es capaz de emitir luz se encuentra a altas temperaturas.
La
relación entre la temperatura de un cuerpo y el espectro de frecuencias de su
radiación emitida se utiliza en los pirómetros.
Conclusiones.
* Los mecanismos en los que se puede transferir el calor es por radiación donde el calor atraviesa el espacio a través de rayos infrarrojos; la convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas; y por conducción que es el lujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas.
* La energía se transfiere en forma de calor entre distintos cuerpos o en las diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
* Ejemplos de los tres tipos de energía térmica podemos verlos a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
* Los mecanismos en los que se puede transferir el calor es por radiación donde el calor atraviesa el espacio a través de rayos infrarrojos; la convección es el desplazamiento de masas de algún líquido o gas; y por conducción que es el lujo de calor a través de medios sólidos por la vibración interna de las moléculas y de los electrones libres y por choques entre ellas.
* La energía se transfiere en forma de calor entre distintos cuerpos o en las diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura.
* Ejemplos de los tres tipos de energía térmica podemos verlos a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.
//Formula para hallar el calor transmitido por unidad de tiempo
#include <iostream>
using namespace std;
int main()
{
float k, a, t1, t2, x, Ct;
cout<<"INTRODUCE LA CONDUCTIVIDAD TERMICA: \n";
cin>>k;
cout<<"INTRODUCE EL AREA DE LA SUPERFICIE DE CONTACTO: \n";
cin>>a;
cout<<"INTRODUCE LA TEMPERATURA 1: \n";
cin>>t1;
cout<<"INTRODUCE LA TEMPERATURA 2: \n";
cin>>t2;
cout<<"INTRODUCE EL ESPESOR DEL MATERIAL: \n";
cin>>x;
Ct = (k * a * (t1 - t2))/x;
cout<<"El CALOR TRANSMITIDO ES = <<Ct<< \n ";
system("pause");
return 0;
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