TRANSFERENCIA DE CALOR

    Las leyes de la Termodinámica tratan de la transferencia de energía pero solo se refieren a sistemas que están en equilibrio. Por ello, permiten determinar la cantidad de energía requerida para cambiar un sistema de un estado de equilibrio a otro pero no sirven para predecir la rapidez con que puedan producirse estos cambios. La transferencia de calor complementa la primera y la segunda ley, proporcionando los métodos de análisis que pueden utilizarse para predecir esta velocidad de transmisión. 

Ejemplo:

Calentamiento de una barra de acero colocada en agua caliente:

Con la Termodinámica se predicen las temperaturas finales una vez los dos sistemas hayan alcanzado el equilibrio y la cantidad de energía transferida entre los dos estados de equilibrio inicial y final. Con la Transferencia de Calor se puede predecir la velocidad de transferencia térmica del agua a la barra así como la temperatura del agua en función del tiempo.

    La Transferencia de Calor puede ser por conducción, convección y radiación.

 

TRANSFERENCIA DE CALOR POR CONDUCCIÓN

        Cuando en un medio sólido existe un gradiente de temperatura, el calor se transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperatura. El calor transmitido por conducción por unidad de tiempo q_k es proporcional al gradiente de temperatura dT/dx multiplicado por el área A a través del cual se transfiere es decir

        

                                   

T: temperatura  ;  x:  dirección del flujo de calor

El flujo de calor depende de la conductividad térmica k que es la propiedad física del medio [W/m K], luego se tiene

                                                                                     

 Convenios del signo

Tres formas de tranferencia  de calor: radiación conducción y conveccion
 

Uno de los temas más tratados en Nergiza aunque de forma indirecta es la transferencia de calor, ya sea en forma de calefacción, aire acondicionado o pérdidas energéticas. Es por ésto que hoy queremos aclarar las tres formas básicas de transmisión de calor que existen: radiación, conducción y convección.

Sería muy fácil buscar estas definiciones en la Wikipedia pero, tal y como reza nuestro eslogan “Energía para todos los públicos”, vamos a intentar ofrecer una explicación para dummies de los conceptos de radiación, conducción y convección.

CONDUCCIÓN

Es la más sencilla de entender, consiste en la transferencia de calor entre dos puntos de un cuerpo que se encuentran a diferente temperatura sin que se produzca transferencia de materia entre ellos.

Ejemplo:

Tengo una barra metálica con un extremo a 80ºC y otro a temperatura ambiente, si no tengo ninguna otra influencia externa y el extremo caliente se mantiene a 80ºC, habrá una transferencia de calor por conducción desde el extremo caliente hacia el frío incrementando la temperatura de este último

RADIACIÓN

Es el calor emitido por un cuerpo debido a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir un cuerpo A (sólido o líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B existirá una transferencia de calor por radiación de A a B.

Para que este fenómeno se perciba es necesario un cuerpo a una temperatura bastante elevada ya que la transferencia térmica en este caso depende de la diferencia de temperaturas a la cuarta potencia: Ta⁴-Tb⁴.

Ejemplo:

Dejas tu coche aparcado en la playa un día no muy caluroso, al volver te apoyas sin querer en el capó del coche y el grito se oye a varios kilómetros de distancia. En este caso aunque el sol se encuentra a bastante distancia de nuestro coche, su temperatura absoluta es tan alta que hace que la transferencia por radiación sea muy importante. Aquí no tiene a penas  influencia que el aire ambiente esté caliente ya que si hubiéramos dejado el coche a la sombra esto no ocurriría.

CONVECCIÓN

En este sistema de transferencia de calor interviene un fluido (gas o líquido) en movimiento que transporta la energía térmica entre dos zonas.

La transmisión de calor por convección puede ser:

• Forzada: a través de un ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a través de una zona caliente y éste transporta el calor hacía la zona fría.
• Natural: el propio fluido extrae calor de la zona caliente y cambia su densidad haciendo que se desplace hacía la zona más fría donde cede su calor.

Ejemplo:

Si enciendo un radiador y espero a que alcance una temperatura bastante alta, no tengo más que poner una mano encima (a una distancia prudencial) para ver que existe un flujo de aire por convección natural. El aire alrededor del radiador se calienta disminuyendo su densidad, por lo tanto, al pesar menos que el aire ambiente, fluye hacía arriba dando paso a un “aire de renovación” alrededor del radiador, reiniciando el proceso de forma cíclica.

Finalmente, os dejamos una imagen que resume perfectamente los tres métodos de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

OBJETIVO
2.- FUNDAMENTO TEÓRICO
En todos los procesos químicos se realiza algún intercambio de energía, siendo preciso
calentar o enfriar fluidos, cambiar de fase (evaporar o condensar), mantener un proceso
isotérmico, etc.
En todos los casos que se precisa realizar intercambio de calor entre un foco caliente y
un foco frío, es importante conocer la velocidad con la que se va a llevar a cabo la
transmisión de calor, ya que va a determinar el tamaño del equipo necesario, así como el
equipo auxiliar requerido y los materiales de construcción adecuados.
La transmisión de calor se puede realizar por tres mecanismos:
- Conducción.
- Convección.
- Radiación.
  OBJETIVO GENERAL.
Reconocer la importancia de la transferencia de calor en los diferentes y cuerpos y medios que se pueda presentar.

OBJETIVOS ESPECIFICOS.
* Diferenciar los tres mecanismos en los que se puede transferir el calor.
* Analizar el porque se transfiere el calor de un cuerpo a otro en diferentes temperaturas.
*Conocer la importancia del paso de energía térmica en la vida real.
JUSTIFICACIÓN
Durante el aprendizaje de los procesos de transferencia de calor se consideran de forma gradual análisis y condiciones más complejas. Es así como se inicia con el caso simple de conducción de calor en esto estable sin generación interna y se vanampliando conceptos. Muchas problemas en la ingeniería involucran situaciones en las que hay condiciones que varían con el tiempo, y se sabe también que en los procesos de transferencia de calorciertas variables de procesos dependen de la variación de la temperatura de un cuerpo en función del tiempo y la posición. Para efectos de estudio, primero se considera que la temperatura del cuerpo solovaría con el tiempo y no con la posición. Esta práctica de laboratorio tiene como objetivo principal estudiar la dependencia temporal de la distribución de temperaturas dentro de un sólido.
Resultados

transferencia de calor es la cantidad de calor "Q" que pasa por una unidad de superficie "S" (1cm2) en cada unidad de tiempo "T" (1seg) si la gradiente o caida de temperatura "G" es la unidad (1°C/cm)
 K=Q/SGt

Donde:
K=coeficiente de conductibilidad
Q=cantidad de calor que pasa
S=seccion del conductor
G=gradiente o caida de la temperatura

G= t1-t2/e

e=espesor del conductor o longitud del conductor
t=tiempo durante el cual se esta transmitiendo calor en seg.


#include<iostream>

using namespace std;
int main()
[
float K, Q, S, G, t;
cout<<"Introduzca cantidad de calor:"<<endl;
cin>>Q;
cout<<"Introduzca la seccion del conductor:"<<endl;
cin>>S;
cout<<"Introduzca caida de temperatura:"<<endl;
cin>>G;
cout<<"Introduzca tiempo de transmision de calor:"<<endl;
cin>>t;

K = Q / ( S * G * t);
 cout<<"TRANSMISION DE CALOR ES="<<K<<endl;

 system("pause";
 return 0;

 ]