MECANISMOS DE TRANSPORTE DE CALOR Transferencia de calor es un
proceso por el que se intercambia energa en forma de calor entre
distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo que
estn a distinta temperatura. El calor se transfiere mediante
conveccin, radiacin o conduccin. Por ejemplo, el calor se transmite
a travs de la pared de una casa fundamentalmente por conduccin, el
agua de una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta
en gran medida por conveccin, y la Tierra recibe calor del Sol casi
exclusivamente por radiacin.
CONDUCCIONEn 1822, el matemtico francs Joseph Fourier dio una
expresin matemtica precisa que hoy se conoce comoleyde Fourier de
la conduccin del calor.Fourier indica que potencia calorfica que se
transfiere por conduccin qk es proporcional al gradiente de
temperatura y rea a travs de la cual se transfiere el calor.
K = es la constante de proporcionalidad llamada conductividad
trmica y refleja las propiedades conductoras del material.(-) = el
signo negativo indica que cuando la temperatura aumenta con la
posicin, el calor fluye hacia regiones de menor temperatura.
Los materiales de baja densidad como la espuma de plstico tambin
son buenos aislantes. Los aislantes son una parte importante de la
transferencia de calor por conduccin porque su colocacin evita que
el calor de la energa se mueva en determinadas direcciones.
Gases: Si una molcula se desplaza de una regin de temperatura
elevada a otra de temperatura inferior, transporta energa cintica a
esa regin y la cede al chocar con molculas de baja energa. La
conductividad trmica aumenta aproximadamente segn la raz cuadrada
de la temperatura absoluta y es independiente de la presin por lo
menos hasta algunas atmsferas. Sin embargo, a presin muy baja
(vaco) la conductividad trmica tiende a cero.Lquidos: El mecanismo
fsico de conduccin de energa en los lquidos es bastante similar al
de los gases, ya que las molculas de energa ms alta chocan con las
de energa menor. Sin embargo, las molculas de los lquidos estn
mucho ms juntas entre s y los campos de fuerza moleculares ejercen
un efecto considerable sobre el intercambio de energa.La
conductividad trmica de los lquidos vara de manera moderada con la
temperatura, variacin que casi siempre puede expresarse con una
funcin lineal,k=a+bTdonde a y b son constantes empricas. Las
conductividades trmicas de los lquidos son esencial- mente
independientes de la presin.Solidos: Las conductividades trmicas de
los slidos homogneos son muy variables. Los slidos metlicos como el
cobre y el aluminio tienen valores muy elevados, mientras que
algunos materiales aislantes no metlicos, del tipo de la lana
mineral y el corcho, tienen conductividades muy bajas.La conduccin
de calor o energa a travs de los slidos se verifica mediante dos
mecanismos. En el primero, que se aplica principalmente a los
slidos metlicos, el calor, al igual que la electricidad, es
conducido por los electrones libres que se mueven en la red
estructural del metal.
EJEMPLOEl agua calentada en una olla de presin asciende desde la
parte inferior de la olla mientras la fra desciende.Si sostenemos
un cubito de hielo en nuestra mano sentimos la sensacin de fro que
nos indica que ahora el calor es conducido desde nuestro cuerpo al
cubito, que se nos derrite entre los dedos.Tengo una barra metlica
con un extremo a 80C y otro a temperatura ambiente, si no tengo
ninguna otra influencia externa y el extremo caliente se mantiene a
80C, habr una transferencia de calor por conduccin desde el extremo
caliente hacia el fro incrementando la temperatura de este ltimo.El
calor fluye desde el objeto que est a mayor temperatura hasta el
que la tiene menor. La conduccin contina hasta que los dos objetos
alcanzan a la misma temperatura (equilibrio trmico).
CONVECCIONLa conveccin es el proceso de transferencia de calor
que interviene cuando entran en contacto un fluido y un slido. El
fluido puede moverse sobre la superficie impulsado por una fuerza
externa (por ejemplo un ventilador) en cuyo caso se trata de una
conveccin forzada, o puede simplemente alejarse de la superficie
impulsado por una diferencia de presiones, en cuyo caso se trata de
la conveccin natural.Solo se produce en lquidos y gases donde los
tomos y molculas son libres de moverse en el medio. El coeficiente
h es una funcin de la geometra del sistema, de las propiedades del
fluido, de la velocidad del flujo y de la diferencia de
temperaturas. En muchos casos existen correlaciones empricas para
predecir este coeficiente, pues es muy comn que no pueda
determinarse por medios tericos. Puesto que sabemos que cuando un
fluido fluye por una superficie hay una capa delgada casi
estacionaria adyacente a la pared que presenta la mayor parte de la
resistencia a la transferencia de calor, a menudo h se llama
coeficiente de pelculaEn la naturaleza, la mayor parte del calor
ganado por la atmosfera por conduccin y radiacin cerca de la
superficie, es transportado a otras capas o niveles de la atmosfera
por conveccin. Un modelo de transferencia de calor H por conveccin,
llamado ley de enfriamiento de Newton, es:H= hA(TA T) h=
coeficiente de conveccin en W(m^2K)A= es la superficie que entrega
calor con una temperatura TA al fluido adyacente, que se encuentra
a una temperatura T.
La conveccin tiene que ver con el flujo de un fluido que lleva
calor.El flujo de calor por conveccin es positivo (H>0) si el
calor se transfiere desde la superficie de rea A al fluido (TA
>T) y negativo si el calor se transfiere desde el fluido hacia
la superficie (TA < T).Conveccin Forzada: a travs de un
ventilador (aire) o bomba (agua) se mueve el fluido a travs de una
zona caliente y ste transporta el calor haca la zona fra.
EJEMPLOAlgunos ejemplos incluyen soplar tus manos en el invierno
para calentarlas y calentar algo por fuego. Ya que el fuego es un
gas caliente, lleva calor con l y despus lo transfiere por
conduccin a objetos que hacen contacto con l. La prevencin de
conveccin es la base de usar varias capas de ropa en el invierno
para mantenerte caliente.
RADIACINEn la radiacin a diferencia de la conveccin y la
conduccin no se necesita un medio fsico para transferirse, pues o
hace a travs del espacio por medio de ondas de manera similar a las
ondas electromagnticas que propagan y transfieren la luz. La
transferencia radiante de calor se rige por las mismas leyes que
dictan el comportamiento de la transferencia de luz. Los slidos y
los lquidos tienden a absorber la radiacin que est siendo
transferida a travs de ellos, por lo que la radiacin es ms
importante en la trasferencia a travs del espacio o de gases. El
ejemplo de radiacin ms ilustrativo es el transporte de calor del
Sol a la TierraLa radiacin electromagntica recibe diferentes
nombres, y varia desde los energticos rayos gamma, frecuencias muy
altas, hasta las ondas de radio, frecuencias muy bajas. La luz,
llamada tambin luz visible o luz blanca, es uno de los componentes
del espectro electromagntico, y se define como aquella parte del
espectro de radiacin que puede percibir la sensibilidad del ojo
humano.
La radiacin 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 (slido o lquido) a una temperatura mayor que un
cuerpo B existir una transferencia de calor por radiacin de A a
B.Para que este fenmeno se perciba es necesarioun cuerpo a una
temperatura bastante elevadaya que la transferencia trmica en este
caso depende de la diferencia de temperaturas a la cuarta potencia:
Ta4-Tb4.EJEMPLOSi se deja el carro parqueado en la playa un da no
muy caluroso, al volver se puede notar que si se toca el cap del
carro se siente caliente. En este caso aunque el sol se encuentra a
bastante distancia del carro, su temperatura absoluta es tan alta
que hace que la transferencia por radiacin sea muy importante. Aqu
no tiene apenas influencia que el aire ambiente est caliente ya que
si hubiera dejado el carro a la sombra esto no ocurrira.
Cuando la luz del sol entra por una ventana, el vidrio es
transparente a la luz visible. La luz golpea los objetos que estn
dentro, calentndolos. Por lo tanto, los objetos re-irradian energa
calorfica, pero a una energa mucho ms baja de longitud de onda, es
decir, infrarroja. La infrarroja no se escapa a travs del vidrio,
el cual es opaco a esta luz.BIBLIOGRAFIA
http://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n%20de%20calor%20(CONDUCCION,%20CONVECCION,%20RADIACION).pdf
http://teleformacion.edu.aytolacoruna.es/FISICA/document/fisicaInteractiva/Calor/Transmision.htm#ejemplos
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http://nergiza.com/radiacion-conduccion-y-conveccion-tres-formas-de-transferencia-de-calor/
http://www.fing.edu.uy/~skahan/tranferenciacalor.pdf
http://www.monografias.com/trabajos15/transf-calor/transf-calor.shtml
C.J Geankoplis PROCESOS DE TRANSPORTE Y OPERACIONES UNITARIAS.
Capitulo 4. Pag 25