Mecanismos de transferencia de calor

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INSTITUTO POLITECNICO NACIONAL

ESCUELA SUIPERIOR DE INGENIERIA QUIMICA E INDUSTRIAS EXTRACTIVAS

‘’MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR’’



TRANSFERENCIA DE CALOR

Transferencia de calor, en física, proceso por el que se intercambia energía en forma de calor entre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que están a distinta temperatura. El calor setransfiere mediante convección, radiación o conducción. Aunque estos tres procesos pueden tener lugar simultáneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos.
 El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CONDUCCIÓN
CONDUCCION DE CALOR.
La conducción es el mecanismo de transferenciade calor en escala atómica a través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas con otras, donde las partículas más energéticas le entregan energía a las menos energéticas, produciéndose un flujo de calor desde las temperaturas más altas a las más bajas.
Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malosconductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.
La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor. Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1 y T2,Si se llama H(en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H = ∆Q/∆t, estádada por la ley de la conducción de calor de Fourier.

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción.
No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que sedebe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor.

Esta leyafirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material.

Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor,mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.

En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido
en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se
requieren técnicas matemáticas muy complejas,sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en
este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores
(computadoras) analógicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso
para cuerpos de geometría complicada.

CONVECCIÓN
Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se
producirá unmovimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a
otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el
líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso
asciende, mientras que el...
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