Capítulo 18: Transferencia de calor

Capítulo 18: Transferencia de calor

Métodos de transferencia de calor

        1.- La conducción es el proceso por el que se transfiere energía térmica mediante colisiones de moléculas adyacentes a lo largo de un medio material. El medio en sí no se mueve.

        2.- La convección es el proceso por el que se transfiere calor por medio del movimiento real de la masa de un fluido.

        3.- La radiación es el proceso por el que el calor se transfiere mediante ondas magnéticas.  Ejemplo la radiación solar.

Conducción

Cuando dos partes de un material se mantienen a temperaturas diferentes, la energía se transfiere por colisiones moleculares de la más alta a la más baja temperatura. Es favorecido por el movimiento de electrones libres en el interior de la sustancia, los cuales se han disociado de sus átomos de origen  y tienen la libertad de moverse de uno a otro átomo  cuando son estimulados ya sea térmica o eléctricamente.

La ley fundamental de la conducción térmica es una generalización de resultados experimentales relacionados con el flujo de calor a través de un material en forma de placa.

        1.- La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es directamente proporcional a la diferencia de temperatura (Δt=t’-t) entre las dos caras.

        2.- La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es inversamente proporcional al área  A de la placa

        3.-La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es inversamente proporcional al espesor L de la placa.

Estos resultados se pueden expresar en forma de ecuación introduciendo la constante de proporcionalidad k. (Constante de conductividad térmica).

H=Q/τ=kA(Δt/L)

donde:

H=razón con la que se transfiere el calor

Q= cantidad de calor que fluye en dirección perpendicular

A= sección transversal

L= longitud

τ= tiempo

Δt= incremento de temperatura 

La conductividad térmica de una sustancia es la medida de su capacidad para conducir calor y se define  por medio de la relación:  

k=QL/τAΔt

Cuando se conectan dos materiales de diferente conductividad, la razón a la que se conduce el calor a través de cada uno de ellos debe ser constante. Si no hay fuentes o sumideros de energía térmica dentro de los materiales y los extremos se mantienen a temperatura constante, se logrará finalmente un flujo estacionario, ya que el calor no puede “acumularse” ni “acelerarse” en un punto determinado. La conductividad de los materiales no cambia y el espesor es fijo, lo que significa que los intervalos de temperatura de cada material deben ajustarse para producir el flujo estacionario de calor a lo largo de la estructura compuesta.

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