transferencia de calor

Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

CAPITULO 14. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR.

14.1 CALOR Y TEMPERATURA.
Calor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden,
pero son diferentes. Por ejemplo la frase “uuuufff, que hace calor” es una expresión común para referirnos al concepto de temperatura, a pesar de que
mencionamos la palabra calor.
Latemperatura es una magnitud física que se refiere a la sensación de frío o
caliente al tocar alguna sustancia. En cambio el calor es una transferencia de
energía de una parte a otra de un cuerpo, o entre diferentes cuerpos, producida
por una diferencia de temperatura. El calor es energía en tránsito; siempre fluye de una zona de mayor temperatura a otra de menor temperatura, con lo que
eleva latemperatura de la zona mas fría y reduce la de la zona más cálida,
siempre que el volumen de los cuerpos se mantenga constante. La energía no
fluye desde un objeto de temperatura baja a otro de temperatura alta si no se
realiza trabajo. La materia esta formada por átomos o moléculas que están en
constante movimiento, por lo tanto tienen energía de posición o potencial y
energía de movimiento ocinética. Los continuos choques entre los átomos o
moléculas transforman parte de la energía cinética en calor, cambiando la
temperatura del cuerpo.

Calor.
El calor se define como la energía cinética total de todos los átomos o moléculas de una sustancia.

Temperatura.
La temperatura es una medida de la energía cinética promedio de los átomos
y moléculas individuales de una sustancia.Cuando se agrega calor a una sustancia, sus átomos o moléculas se mueven más rápido y su temperatura se eleva, o viceversa.
Cuando dos cuerpos que tienen distintas temperaturas se ponen en contacto
entre sí, se produce una transferencia de calor desde el cuerpo de mayor tem-

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Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

peratura al de menor temperatura. La transferencia de calor sepuede realizar
por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación, que se ilustran en la figura 14.1.

Figura 14.1 Esquema de los mecanismos de transferencia de calor.

14.2 CONDUCCION DE CALOR.
La conducción es el mecanismo de transferencia de calor en escala atómica a
través de la materia por actividad molecular, por el choque de unas moléculas
con otras, donde las partículasmás 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 malos conductores como el aire o
plásticos se llaman aislantes.
La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos
partesdel 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,
con T2 > T1, como se muestra en al figura 14.2, se encuentra que el calor ∆Q
transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se llama H
(en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H =∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de
Fourier.

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Cap. 14. Mecanismos de transferencia de calor

H=

dQ
dT
= −kA
dt
dx

(14.1)

donde k (en W/mK) se llama conductividad térmica del material, magnitud
que representa la capacidad con la cual la sustancia conduce calor y produce la
consiguiente variación de temperatura; y dT/dx es el gradiente de temperatura.
Elsigno menos indica que la conducción de calor es en la dirección decreciente de la temperatura. En la tabla 14.1 se listan valores de conductividades térmicas para algunos materiales, los altos valores de conductividad de los metales indican que son los mejores conductores del calor.

A

T2
H

T1

∆x
Figura 14.2

Tabla 14.1 Algunos valores de conductividades térmicas.
Metales, a...