jejej

y

410

H 2 = k2 A

(T2 − T )
L2

Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

Cuando se alcanza el estado estacionario, estos dos valores son iguales:
H 1 = H 2 ⇒ k1 A

(T − T1 )
(T − T )
= k2 A 2
L1
L2

Despejando la temperatura T:
T=

k1T1 L2 + k 2T2 L1
k1 L2 + k 2 L1

Y la transferencia de calor H1 o H2 es:
H1 =

A(T2 − T1 )
L1 k1 + L2 k 2

Ejemplo 14.2Una barra de oro está en contacto térmico con una barra de plata, una a continuación de la otra, ambas de la misma longitud y área transversal (figura 14.5). Un extremo de la barra compuesta se mantiene a T1 = 80º C y
el extremo opuesto a T2 = 30º C. Calcular la temperatura de la unión cuando el
flujo de calor alcanza el estado estacionario.
T
T1

H

k1

k2

T2

Figura 14.5. Ejemplo14.2

Solución: similar al ejemplo anterior, con L1 = L2 = L:
H oro = k1 A

(T1 − T )
L

y

H plata = k 2 A

(T − T2 )
L

Cuando se alcanza el estado estacionario, estos dos valores son iguales:

411

Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

H oro = H plata ⇒ k1 A

(T1 − T )
(T − T2 )
= k2 A
L
L

k1 (T1 − T ) = k 2 (T − T2 )
Despejando la temperatura T, con k1del oro y k2 de la plata, valores obtenidos
de la tabla 14.1:

T=

k1T1 + k 2T2 314 × 353 + 427 × 303
=
= 324.2 K = 51.2º C
k1 + k 2
314 + 427

14.3 CONVECCION.

La convección es el mecanismo de transferencia de calor por movimiento de
masa o circulación dentro de la sustancia. Puede ser natural producida solo por
las diferencias de densidades de la materia; o forzada, cuando lamateria es
obligada a moverse de un lugar a otro, por ejemplo el aire con un ventilador o
el agua con una bomba. Sólo se produce en líquidos y gases donde los átomos
y moléculas son libres de moverse en el medio.
En la naturaleza, la mayor parte del calor ganado por la atmósfera por conducción y radiación cerca de la superficie, es transportado a otras capas o niveles
de la atmósfera porconvección.
Un modelo de transferencia de calor H por convección, llamado ley de enfriamiento de Newton, es el siguiente:
H = h A (TA – T)

(14.3)

donde h se llama coeficiente de convección, en W/(m2K), A es la superficie
que entrega calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra
a una temperatura T, como se muestra en el esquema de la figura 14.6. La tabla 14.2 lista algunosvalores aproximados de coeficiente de convección h.

412

Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

agua

T
H
TA
A

Figura 14.6. Proceso de convección.

El flujo de calor por convección es positivo (H > 0) si el calor se transfiere
desde la superficie de área A al fluido (TA > T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia la superficie (TA < T).
Tabla 14.2.Valores típicos de coeficiente de convección.
Proceso
h (W/m2K)
Convección libre
Gases
2 - 25
Líquidos
50 - 1000
Convección forzada
Gases
25 - 250
Líquidos
50 - 20000

Ejemplo 14.3. El vidrio de una ventana se encuentra a 10º C y su área es 1.2
m2. Si la temperatura del aire exterior es 0º C, calcular la energía que se pierde
por convección cada segundo. Considerar h = 4 W/(m2K).Solución: Los datos son: TA = 10º C = 283K, T = 0º C = 273K, A = 1.2 m2.
Usando la ley de enfriamiento de Newton:
H = h A (TA – T)

H =4

W
× 1.2m 2 (283 − 273) K = 48W
2
m K

413

Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

14.4 RADIACION.

La radiación térmica es energía emitida por la materia que se encuentra a una
temperatura dada, se produce directamente desde la fuentehacia afuera en todas las direcciones. Esta energía es producida por los cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivos y transportada
por ondas electromagnéticas o fotones, por lo recibe el nombre de radiación
electromagnética. La masa en reposo de un fotón (que significa luz) es idénticamente nula. Por lo tanto, atendiendo a relatividad especial, un fotón...