transferencia de energia calorifica

Transferencia de energía calorífica.
La energía calorífica se transmite por conducción, convección y radiación.
4025265137096500La conducción: ocurre cuando la energía calorífica pasa a través de un material como resultados de las colisiones entre las moléculas del mismo. Cuanto mas caliente este un material, mayor será la Energía cinética promedio de sus moléculas. Cuando existe unadiferencia de temperatura entre materiales que están en contacto, las moléculas con mayor energía en la sustancia que se encuentra mas caliente transferirán energía a las moléculas con menor energía en la sustancia mas fría debido a las colisiones moleculares que ocurren entre las dos sustancias. Entonces la energía calorífica fluye de lo caliente a lo frio.
Consideremos una plancha (losa) dematerial como se indica en la figura. De espesor L, y área A en la sección transversal: las temperaturas en las dos caras son T1 y T2 , de tal forma que la diferencia de temperatura en la placa es ∆T=T1-T2 ,
A la cantidad o razón ∆TL , se le llama gradiente de temperatura. Ésta corresponde a la razón de cambio de la temperatura con la distancia.
La cantidad de calor transferida de la cara 1 a la 2en un tiempo ∆t esta dado por: ∆Q∆t=kA∆TL , donde K depende de las propiedades del material de la placa y se llama “conductividad térmica del material”. En el sistema SI, K tiene unidades WmKº y ∆Q∆t esta dado en Js=WattOtras unidades que con frecuencia se utilizan para expresar a K están relacionadas con Wmkº de la siguiente manera:
1cals cm ºC=418,4 Wmkº y 1Btu . inhrft2ºF=0,144 WmkºLa resistencia térmica (o valor R) de una losa se define por la ecuación de flujo de calor de la siguiente forma:
∆Q∆t=A∆TR
Donde; R=LKSus unidades en el sistema SI son m2KW , las unidades más comunes son: pie2 h ºFBtu , donde 1pie2 h ºFBtu=0,176 m2KW ( no confundir el símbolo R con la constante universal de los gases ideales)
Si tenemos varias losas o placas que estánen contacto entre si (combinación en serie) con la misma área en sus caras laterales, el valor de R de la combinación esta dado por:
R=R1+R2+……………….RnDonde Ri , son los valores de R de cada una de las losas o placas.
La convección: de la energía calorífica ocurre cuando un material caliente se transporta de tal forma que desplaza a un material frio. Ejemplos típicos son el flujo de airecaliente desde una plancha en un sistema de calentamiento y el flujo de agua templada de la corriente del golfo.
La radiación, es la forma en que es trasladad la energía calorífica a través del vacío y el espacio libre entre moléculas. Este es un fenómeno ondulatorio de radiación electromagnética cuya naturaleza se discutirá en otro capitulo.
Un cuerpo negro es un cuerpo que absorbe toda la energíaradiante que incide sobre el. En equilibrio térmico, un cuerpo emite una cantidad de energía igual a la que absorbe. Por lo tanto, un buen captador de radiación es también un buen emisor de radiación.
Supongamos que una superficie de área A , tiene una temperatura absoluta T y radia solo una fracción ϵ de la energía que emitiría< una superficie negra. La cantidad ϵ se denomina “emisividad” dela superficie, y la energía emitida por esta en un segundo esta dado por la ley de Stefan – Boltzman:
De donde:
∆Q∆t=ϵAσT4σ : 5.67x10-8Wm2K4 , Que corresponde a la constante de Estefan-Boltzman , y T la temperatura absoluta
La emisividad de un cuerpo negro es igual a la unidad.
Todos los cuerpos cuya temperatura están arriba del cero absoluto radian energía. Cuando un objeto con unatemperatura absoluta T esta en una región donde la temperatura es T0 , la energía neta radiada por el cuerpo en un segundo esta dad por:
∆Q∆t=ϵAσT4-T04Problemas de aplicación
1.- Una plancha de hierro de 2cm de espesor tiene un área de 5000cm2 en su sección transversal. Una de lñas acaras esta a 150°C y la otra esta a 140°C. ¿Cuánto calor fluye a través de la placa en cada segundo? Para ael...