Tipos de transferencia de calor

MODOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR
Se acepta de manera general que el calor se transmite de tres modos diferentes, que se
designan como conducción, convección y radiación. Estas tres formas de transferencia son
las más sencillas que se pueden considerar aisladamente, si bien en la práctica, lo normal es
que se produzcan simultáneamente al menos dos de ellas, con lo que los fenómenos
resultanmás complejos de estudiar.

Conducción. La transmisión de calor por conducción puede realizarse en cualquiera de los
tres estados de la materia: sólido líquido y gaseoso.
La conducción es básicamente un mecanismo de cesión de energía entre partículas
contiguas. La energía de las moléculas aumenta al elevarse la temperatura. Esta energía
puede pasar de una molécula a otra contigua y de esta a lasiguiente y así sucesivamente
ya se por choque entre partículas, en los fluidos o por vibraciones reticulares en los sólidos.
La conducción en los sólidos goza pues de un soporte material, que son las moléculas del
propio cuerpo, las cuales vibran en posiciones fijas sin desplazarse, por lo tanto la
transferencia de energía por conducción, macroscópicamente no involucra transporte demateria. El razonamiento es válido tanto para la transferencia de energía dentro de un
sólido, como para sólidos en contacto.
En los fluidos, la conducción se explica gracias al intercambio de energía cinética de sus
moléculas, que se produce como consecuencia de choques entre las mismas. La transmisión
de calor por conducción en los fluidos se produce fundamentalmente en lo que definiremos
como lacapa límite y tiene poca importancia en el resto de la masa.
Es posible cuantificar los procesos de transferencia de calor en término de ecuaciones o
modelos apropiados. Estas ecuaciones o modelos sirven para calcular la cantidad de
energía que se transfiere por unidad de tiempo. Para la conducción de calor, la ecuación o
modelo se conoce como Ley de Fourier.
Para la pared plana que semuestra en la figura 1, la cual tiene una distribución de
temperaturas T (x) la ecuación o modelo unidimensional se expresa como
q k dT
dx
= −
El flujo de calor o transferencia de calor por unidad de área q (W m2 ) es la velocidad con
que se transfiere el calor en la dirección x por área unitaria perpendicular a la dirección de
transferencia, y es proporcional al gradiente de temperatura.ENERGÍA SOLAR - Transferencia de calor - 3
La constante de proporcionalidad k, es
una propiedad de transporte conocida
como conductividad térmica (W m⋅K ) y
es una característica del material de la
pared. El signo menos es una
consecuencia del hecho de que el calor
se transfiere en la dirección de la
temperatura decreciente.
En las condiciones de estado estable que se muestran en la figura 1, ladistribución de
temperaturas es lineal.

Convección. En contraposición con la conducción, la convección implica transporte de
energía y de materia, por lo tanto, esta forma de transmisión de calor es posible solamente
en los fluidos y es además característica de ellos.
De un modo más general, podemos explicar que el modo de transferencia de calor por
convección se compone de dosmecanismos. Además de la transferencia de energía
debida al movimiento molecular aleatorio (conducción), la energía también se transfiere
mediante el movimiento global o macroscópico del fluido, esto es la transferencia de calor
se debe entonces a una superposición de dos transportes de energía, uno por el movimiento
aleatorio de las moléculas y el otro por el movimiento global del fluido. Se acostumbraa
utilizar el término convección haciendo referencia a este transporte acumulado.
Analizaremos la transferencia de calor por convección que ocurre entre un fluido en
movimiento y una superficie limitante, cuando estos tienen diferentes temperaturas.
Una consecuencia de la interacción fluido-superficie, es el desarrollo de una región en el
fluido en la que la velocidad varía de cero en la...