MECANISMO DE TRANSFERIA DE CALOR

PRESENTADO A:

DE: JAIME ALEXANDER SUA PINTO

UNIVERSIDAD ANTONIO NARIO SEDE VILLAVICENCIO2014MECANISMO DE TRANSFERENCIA DE CALOR

CALOR Y TEMPERATURACalor y temperatura son conceptos que en el lenguaje cotidiano se confunden, pero son diferentes. Por ejemplo la frase uuuuff, hace calor es una expresin comn para referirnos al concepto de temperatura, a pesar de que mencionamos la palabra calor. La temperatura es una magnitud fsica que se refiere a la sensacin de frio o caliente al tocar alguna sustancia.Transferencia de calor, enfsica,procesopor el que se intercambia energa en forma decalorentre distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que estn a distintatemperatura. El calor se transfiere mediante conveccin,radiacino conduccin. Aunque estos tresprocesospueden tener lugar simultneamente, puede ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se transmite a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin,el aguade una cacerola situada sobre un quemador degasse calienta en gran medida por conveccin, yla Tierrarecibe calor del Sol casi exclusivamente por radiacin.

El calor puede transferirse de tres formas: por conduccin, por conveccin y por radiacin. La conduccin es la transferencia de calor a travs de un objeto slido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque slo la punta est en el fuego. La conveccin transfiere calor por el intercambio de molculas fras y calientes: es la causa de que elaguade una tetera se caliente uniformemente aunque slo su parte inferior est en contacto con la llama. La radiacin es la transferencia de calor porradiacin electromagntica(generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitacin

CONDUCCINEn los slidos, la nica forma de transferencia de calor es la conduccin. Si se calienta un extremo de una varilla metlica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo ms fro por conduccin. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conduccin de calor en los slidos, pero se cree que se debe, en parte, almovimientode los electrones libres que transportan energa cuando existe una diferencia de temperatura. Estateoraexplica por qu los buenos conductores elctricos tambin tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemtico francs JosephFourierdio una expresinmatemticaprecisa que hoy se conoce comoleyde Fourier de la conduccin del calor. Esta ley afirma que lavelocidadde conduccin de calor a travs de un cuerpo por unidad de seccin transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).El factor de proporcionalidad se denomina conductividad trmica del material. Losmaterialescomo eloro, la plata o elcobretienen conductividades trmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como elvidrioo el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. Eningenieraresulta necesario conocer la velocidad de conduccin del calor a travs de un slido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requierentcnicasmatemticasmuy complejas, sobre todo si el proceso vara con eltiempo; en este caso, se habla de conduccin trmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analgicos y digitales, estosproblemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos degeometracomplicada.

Tabla de conductividad trmica

CONVECCINSi existe una diferencia de temperatura en el interior de un lquido o un gas, es casiseguroque se producir un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado conveccin. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un lquido o un gas, sudensidad(masa por unidad devolumen) suele disminuir. Si el lquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido ms caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido ms fro y ms denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina conveccin natural. La conveccin forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que sefuerzasu movimiento de acuerdo a lasleyesde lamecnicade fluidos.Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El lquido ms prximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conduccin a travs de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido ms fro baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulacin. El lquido ms fro vuelve a calentarse por conduccin, mientras que el lquido ms caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiacin y lo cede alairesituado por encima. De forma similar, en una cmara vertical llena de gas, como la cmara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto al panel exterior que est ms fro desciende, mientras que al aire cercano al panel interior ms caliente asciende, lo que produce un movimiento de circulacin.

Proceso de convencin

RADIACINLa radiacin presenta una diferencia fundamental respecto a la conduccin y la conveccin: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vaco. La radiacin es un trmino que se aplica genricamente a todaclasede fenmenos relacionados conondaselectromagnticas. Algunos fenmenos de la radiacin pueden describirse mediante la teora de ondas, pero la nica explicacin general satisfactoria de la radiacin electromagntica es la teora cuntica. En 1905, Albert Einstein sugiri que la radiacin presenta a veces uncomportamientocuantizado: en el efecto fotoelctrico, la radiacin se comporta como minsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. Lanaturalezacuntica de la energa radiante se haba postulado antes de la aparicin del artculo de Einstein, y en 1900 el fsico alemn Max Planck emple la teora cuntica y el formalismo matemtico de lamecnicaestadsticapara derivar una ley fundamental de la radiacin. La expresin matemtica de esta ley, llamadadistribucinde Planck, relaciona la intensidad de la energa radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un mximo de energa radiante. Slo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiacin ajustndose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.

Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiacin incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben ms calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan ms energa radiante que las superficies mates. Adems, las sustancias que absorben mucha radiacin tambin son buenos emisores; las que reflejan mucha radiacin y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorcin y paredes pulidas para una emisin mnima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.

Espectro electromagntico y regin visible

AISLAMIENTO Y BARRERAS DE RADIACION Losaislantes trmicosson materiales especficamente diseados para reducir el flujo de calor limitando la conduccin, conveccin o ambos. Las barreras de radiacin, son materiales que reflejan la radiacin, reduciendo as el flujo de calor de fuentes de radiacin trmica. Los buenos aislantes no son necesariamente buenas barreras de radiacin, y viceversa. Los metales, por ejemplo, son excelentes reflectores pero muy malos aislantes.La efectividad de un aislante est indicado por suresistencia(R). La resistencia de un material es el inverso delcoeficiente de conductividad trmica(k) multiplicado por el grosor (d) del aislante. Las unidades para la resistencia son en elSistema Internacional: (Km/W).

Lafibra de vidriorgida, un material aislante usado comnmente, tiene un valorRde 4 por pulgada, mientras que el cemento, un mal conductor, tiene un valor de 0.08 por pulgada.2La efectividad de una barrera de radiacin est indicado por su reflectividad, la cual es una fraccin de la radiacin reflejada. Un material con una alta reflectividad (en unalongitud de onda) tiene una baja absorbitividad, y por consiguiente una bajaemisividad. Un reflector ideal tiene un coeficiente de reflectividad igual a 1, lo que significa que refleja el 100% de la radiacin entrante. Por otro lado, en el caso de uncuerpo negro, el cual tiene una excelente absorbitividad y emitividad de la radiacin trmica, su coeficiente de reflectividad es casi 0. Las barreras de radiacin tiene una gran aplicacin eningeniera aeroespacial; la gran mayora de los satlites usan varias capas aislantes aluminizadas que reflejan la luz solar, lo que permite reducir la transferencia de calor y controlar la temperatura del satlite.