Transferencia

CALORIMETRÍA Y CAMBIOS DE FASE

La calorimetría mide el calor en una reacción química o un cambio de estado usando un instrumento llamado calorímetro. Pero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor que los organismos vivos producen a partir de la producción de dióxido de carbono y de nitrógeno (urea en organismos terrestres), y del consumo de oxígeno.

ΔU = cambio de energía interna

Como la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio de entalpía.

Cambios de fase, Calor: es la energía en movimiento entre 2 cuerpos o sistemas, proveniente de la existencia de una diferencia de temperatura entre ellos. Fase: este término se usa para describir un estado específico de la materia.

Una transición de una fase a otra es un cambio de fase. Para una presión dada, los cambios de fase se dan a una temperatura definida, generalmente acompañada por absorción o emisión de calor, y un cambio de volumen y densidad.

MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR

La transferencia de calor se puede realizar por tres mecanismos físicos: conducción, convección y radiación, como se ilustran en la figura.

CONDUCCION DE CALOR

La conducción es la transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario que puede ser un sólido cuando existe una diferencia de temperatura.

La conducción de calor sólo ocurre si hay diferencias de temperatura entre dos partes del medio conductor, Los mejores conductores de calor son los metales. El aire es un mal conductor del calor. Los objetos malos conductores como el aire o plásticos se llaman aislantes.

Para un volumen de espesor ∆x, con área de sección transversal A y cuyas caras opuestas se encuentran a diferentes T1y T2, con T2>T, se encuentra que el calor ∆Q transferido en un tiempo ∆t fluye del extremo caliente al frío. Si se llama H (en Watts) al calor transferido por unidad de tiempo, la rapidez de transferencia de calor H =∆Q/∆t, está dada por la ley de la conducción de calor de Fourier.

CONVECCION

La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.

CLASIFICACIÓN DE LA CONVECCIÓN

Convección natural o libre, donde el movimiento del fluido es el resultado de variaciones de densidad en la transferencia de calor. Es una de las formas más usuales de transferencia de calor y de masa, y se caracteriza porque se produce a través del desplazamiento de partículas entre regiones con diferentes densidades.

Convección forzada, el flujo se produce por diferencias de presión producidas por una bomba, un ventilador, etcétera. Ocurre cuando se alimenta un flujo de fluido sobre una superficie sólida, por medio de una bomba o un ventilador, cuando el movimiento de mezclado es inducido por algún agente externo.

RADIACION

Se puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o moléculas constitutivas. En ausencia de un medio, existe una transferencia neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas, debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en forma de ondas electromagnéticas.

A diferencia de la conducción y la convección, o de otros tipos de onda, como el sonido, que necesitan un medio material para propagarse, la radiación electromagnética es independiente de la materia para su propagación, de hecho, la transferencia de energía por radiación es más efectiva en el vacío. Sin embargo, la velocidad, intensidad y dirección de su flujo de energía se ven influidos por la presencia de materia. Así, estas ondas pueden atravesar el espacio interplanetario e interestelar y llegar a la Tierra desde el Sol y las estrellas. La longitud de onda (λ) y la frecuencia (ν) de las ondas electromagnéticas, relacionadas mediante la expresión λν= c, son importantes para determinar su energía, su visibilidad, su poder de penetración y otras características. Independientemente de su frecuencia y longitud de onda, todas las ondas electromagnéticas se desplazan en el vacío con una rapidez constante c = 299792 km/s, llamada velocidad de la luz.

ESPECTRO DE RADIACIÓN

El espectro de radiación es una representación gráfica de la variación de la energía de radiación en función de la longitud de onda a escala logarítmica. El espectro teórico de radiación solar y terrestre alcanza valores más altos que el estimado considerando la atmósfera.

El ozono absorbe la radiación ultravioleta de longitudes de onda menores de 0,3µ. El vapor de agua absorbe, en menor cantidad, las radiaciones entre 0,9 y 2,1µ. La energía de radiación emitida por la superficie terrestre es absorbida en gran parte por el dióxido de carbono y el vapor de agua.

PENETRACIÓN DE LA RADIACIÓN ELECTROMAGNÉTICA

En función de la frecuencia, las ondas electromagnéticas pueden no atravesar medios conductores. Esta es la razón por la cual las transmisiones de radio no funcionan bajo el mar y los teléfonos móviles se queden sin cobertura dentro de una caja de metal. Sin embargo, como la energía no se crea ni se destruye, cuando una onda electromagnética choca con un conductor pueden suceder dos cosas. La primera es que se transformen en calor: este efecto tiene aplicación en los hornos de microondas. La segunda es que se reflejen en la superficie del conductor (como en un espejo).

LEYES DE RADIACIÓN

Ley de Stefan.

Todos los objetos emiten energía radiante, cualquiera sea su temperatura, por ejemplo el Sol, la Tierra, la atmósfera, los Polos, las personas, etc. La energía radiada por el Sol a diario afecta nuestra existencia en diferentes formas. Esta influye en la temperatura promedio de la tierra, las corrientes oceánicas, la agricultura, el comportamiento de la lluvia, etc.

Considerar la transferencia de radiación por una superficie de área A, que se encuentra a una temperatura T. La radiación que emite la superficie, se produce a partir de la energía térmica de la materia limitada por la superficie. La rapidez a la cual se libera energía

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