CAMBIOS DE FASE EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular para para la Defensa.

Universidad Nacional Experimental Politécnica de las Fuerzas Armadas.

Núcleo Sucre – Sede Cumaná

U.N.E.F.A

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CAMBIOS DE FASE EN LA TRANSFERENCIA DE CALOR

Índice

Introducción        3

¿Qué es un Cambio de Fase?        5

Tipos de Cambios de Fases.        5

Tabla que Denomina los Cambios de Estado o Fase.        7

Punto de Fusión en el Cambio de Fase        7

Punto de Ebullición en el Cambio de Fase        7

Mecanismo de ebullición        10

Primera Ley de Termodinámica        10

Aplicación del Cambio de fase en la Transferencia de Calor        11

Conclusión        13

Bibliografía        14

Anexos        15

Introducción

         La termodinámica es una ciencia que enseña que la transferencia de energía se conoce como calor. La ciencia de transferencia de calor no solo trata de explicar cómo puede ser transferida la energía calorífica, sino también como puede predecir la rapidez a la que se realizara este intercambio bajo ciertas condiciones específicas. La transferencia de calor como la ciencia cuyo objeto es predecir la sesión de energía que se produce entre medios materiales, como consecuencia de la diferencia de temperatura.

         La transferencia de calor, al ser un fenómeno de transporte, se rige principalmente por tres factores, una fuerza motriz, un área de superficie y un coeficiente, el cual depende del mecanismo por el cual se lleva a cabo la transferencia. En este caso, la fuerza impulsora es la diferencia de temperaturas entre los cuerpos involucrados. De esta forma, la energía es transmitida desde el cuerpo más caliente hacia el más frio. La velocidad de dicho proceso, se relaciona de forma proporcional con la magnitud de la fuerza impulsora.

         La transferencia de calor se puede llevar a cabo por medio de uno o más de los siguientes mecanismos de transferencia: conducción, convección y radiación. La conducción es la transferencia de energía cinética entre moléculas adyacentes; las moléculas con más energía se encargan de impartirla a las moléculas colindantes que están a niveles energéticos más bajos. Este mecanismo se presenta en materiales continuos; no existiendo movimiento macroscópico de materia. Por otro lado, la conducción es el flujo entálpico asociado a un fluido en movimiento; implicando el transporte de calor y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Finalmente, la radiación puede definirse como la transferencia de energía a través del espacio por medio de ondas electromagnéticas; difiere de la conducción y la convección en cuanto a que no se requiere un medio físico para su transmisión.

         La aplicación de algún tipo de tratamiento térmico tiene como finalidad la destrucción de la carga microbiana que ocasione el deterioro en su calidad física, química o biológica, o que origine algún tipo de perjuicio ya que los microorganismo tiene su propia resistencia al calor, y en función de dicha potencial carga y a las características de lo que se vaya a aplicar la transferencia de calor, se aplica un determinado tratamiento térmico; sin embargo, éste tiene que ser específico para así evitar efectos negativos que puede ocasionarle alteraciones físicas, químicas o biológicas debido a un sobre tratamiento o permitir la sobrevivencia de alguna forma de vida que ocasione problemas, debido a un sub tratamiento de calor.

         Para la apreciación de los mecanismos de transferencia de calor, en el área a aplicar, es necesario que algunas materias (como por ejemplo el agua) se vean impuestas a un cambio de estado (solido, líquido, gaseoso) o bien sea un cambio de fase (hablando en términos de termodinámica, las 5 fases de la materia). Dependiendo de la materia, esta transferencia de calor, tienen procesos que se pueden hacer tanto a pequeña escala, como a escala industrial, más común vista esta escala industrial, donde usan los beneficios de la transferencia de calor para su utilidad.

         Por ejemplo, un líquido puede convertirse en gas al calentarse hasta el punto de ebullición, lo que resulta en un cambio salvaje en el volumen. La medición de las condiciones externas en las que se produce la transformación se denomina transición de fase. Las transiciones de fase comúnmente ocurren en la naturaleza y se usan hoy en día en muchas tecnologías.

¿Qué es un Cambio de Fase?

         El término transición de fase (o cambio de fase) se usa para describir las evoluciones entre los estados sólido, líquido y gaseoso de la materia, así como plasma en casos particulares. Una fase de un sistema termodinámico y los estados de la materia tienen propiedades físicas uniformes. Durante una transición de fase de un medio dado, ciertas propiedades del medio cambian, a menudo de manera intermitente, como resultado del cambio de alguna condición externa, como la temperatura, la presión, entre otras.

Tipos de Cambios de Fases.

         Los tipos de cambios de bases, son todos los procesos en los que se ven sometido la materia y esta cambia a otro manteniendo semejanzas en la composición. Estos tipos de cambios se presentan por transformaciones de fases, las cuales son:

• Fusión: donde se observa que el sólido para al estado líquido por medio del calor; durante este proceso, denominado endotérmico (proceso que absorbe energía para llevarse a cabo este cambio) hay un punto en que la temperatura permanece constante. El "punto de fusión" es la temperatura a la cual el sólido se funde, por lo que su valor es particular para cada sustancia.  Dichas moléculas se moverán en una forma independiente, transformándose en un líquido. Claro ejemplo es un pedazo de hielo al derretirse.

• Solidificación: Es el paso de un líquido a sólido por medio del enfriamiento, este proceso es denominado  exotérmico. Para mejor entendimiento, existe algo llamado "punto de solidificación" o de congelación es la temperatura a la cual el líquido se solidifica y permanece constante durante el cambio, y coincide con el punto de fusión si se realiza de forma lenta (reversible); su valor es también específico.

• Vaporización y ebullición: Son los procesos físicos en los que un líquido pasa ser un gas. Si se realiza cuando la temperatura de la totalidad del líquido iguala al punto de ebullición del líquido a esa presión al continuar calentando el líquido, este absorbe el calor, pero sin aumentar la temperatura: el calor se emplea en la conversión del agua en estado líquido en agua en estado gaseoso, hasta que la totalidad de la masa pasa al estado gaseoso. En ese momento es posible aumentar la temperatura del gas.

• Condensación: es el cambio de estado de la materia donde se ve que de la forma gaseosa pasa a la forma líquida. Es el proceso inverso a la vaporización. Si se produce un paso de estado gaseoso a estado sólido de manera directa, el proceso es llamado sublimación inversa. Si se produce un paso del estado líquido a sólido se denomina solidificación. Como consecuencia de la condensación suele formarse una película de líquido sobre la superficie que incluye hacia abajo debido a la atracción gravitacional, e incrementa su espesor conforme se condensa más vapor por la interface. A menos que la velocidad del vapor sea muy alta o el espesor de la película sea grande, el flujo de condensado es laminar y el calor se transfiere hacia la superficie solo por conducción. Este es fenómeno de trasferencia de calor se conoce como condensación en forma de película.

• Sublimación: Es el proceso que consiste en el cambio de estado de la materia sólida al estado gaseoso sin pasar por el estado líquido. Un ejemplo clásico de sustancia capaz de sublimarse es el hielo seco.

• Deposición o sublimación inversa: Es el paso directo del estado gaseoso al estado sólido.

• Ionización: Es el cambio de un gas a plasma.

• Deionización: Es el cambio de un plasma a gas.

         Es importante notar que en todas las transformaciones de fase de las sustancias, éstas no se transforman en otras sustancias, solo cambia su estado físico. Los cambios de estado están divididos generalmente en dos tipos: progresivos y regresivos.

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