Tresferencia de calor

La tresferencia de calor ye'l procesu d'espardimientu del calor en distintos medios. La parte de la física qu'estudia estos procesos llámase de la mesma Tresferencia de calor o Tresmisión de calor. La tresferencia de calor produzse siempres qu'esiste un gradiente térmicu o cuando dos sistemes con distintes temperatures poner en contautu. El procesu persiste hasta algamar l'equilibriu térmicu, esto ye, hasta que s'igualen les temperatures. Cuando esiste una diferencia de temperatura ente dos oxetos o rexones lo suficientemente próximes, la tresferencia de calor nun puede ser detenida, solo puede faese más lenta.

Tresferencia de calor y termodinámica

La termodinámica ye la ciencia qu'estudia la rellación ente'l calor y otres formes d'enerxía. El calor ye enerxía en tránsitu. Siempres qu'esiste un gradiente de temperatura nun sistema o se ponen en contauto dos sistemes a distinta temperatura, tresfierse enerxía ente ellos. Sabemos d'esta tresferencia, non porque la veamos, sinón polos cambeos que se producen nel o los sistemes. La Termodinámica, basándose nos estaos de cada sistema dende un puntu de vista macroscópico, esto ye, en función d'atributos tales como la presión, la temperatura y el volume, que pueden midise, determina si hubo cambeos na enerxía interna de los mesmos. En cumplimientu del Primer principiu de la termodinámica Primer principiu y refugada la interacción de trabayu col esterior, la variación d'enerxía interna solo puede ser debida a calor, esto ye, a tresferencia d'enerxía d'un sistema al otru.

Pero los parámetros macroscópicos solo pueden midise, o tien valor la so midida, si ye homoxénea en tol sistema, lo que solo asocede si tán n'equilibriu. La termodinámica, por tanto, ocúpase de los estaos d'equilibriu y en función de les sos diferencies determina la cantidá d'enerxía tresferida d'un estáu al otru, pero ensin considerar el mecanismu de fluxu de calor nin la velocidá a la que se realizó la tresferencia. Nun analís termodinámicu sábese la cantidá d'enerxía necesaria pa pasar d'un estáu al otru, pero nun se conoz cuánto tiempu riquió la tresferencia, porque'l tiempu nun s'inclúi como variable nel analís.^[1] Esto ye oxetivu d'otra caña de la ciencia que se conoz como Tresferencia de calor.

Maneres de tresferencia

Imaxe tomada d'una computación de conveición nel mantu terrestre, los colores acolorataos representen árees más calientes y los más azules les más fríes.

Concentración de calor radiao del sol, por procedimientos ópticos.

Polo xeneral, reconócense tres modos distintos de tresferencia de calor: conducción, conveición y radiación, anque en cierto, solo la conducción y radiación tuvieren de considerase formes de tresmisión de calor, porque solo elles dependen puramente d'un desequilibriu térmicu pa producise. Por que se produza conveición, tien qu'haber un tresporte mecánicu de masa amás d'una diferencia de temperatura, sicasí, teniendo en cuenta que la conveición tamién tresfier enerxía de zones con mayor temperatura a zones con menor temperatura, de normal almítese la manera tresferencia de calor per conveición.

Conducción: Ye la tresferencia de calor que se produz al traviés d'un mediu material por contautu direutu ente les sos partícules, cuando esiste una diferencia de temperatura y en virtú del movimientu de los sos micropartículas. El mediu puede ser sólidu, líquidu o gaseosu, anque en líquidos y gases solo dase la conducción pura si esclúyese la posibilidá de conveición. La cantidá de calor que se tresfier por conducción, vien dada pola llei de Fourier. Esta llei afirma que la velocidá de conducción de calor al traviés d'un cuerpu por unidá de seición tresversal, ye proporcional al gradiente de temperatura qu'esiste nel cuerpu.

Conveición: La tresmisión de calor per conveición componer de dos mecanismos simultáneos. El primeru, ye la tresferencia de calor per conducción, debíu al movimientu molecular, a la que se superpone la tresferencia d'enerxía pol movimientu de fracciones del fluyíu que se mueven remanaes por una fuercia esterna, que puede ser un gradiente de densidá (conveición natural), o una diferencia de presión producida mecánicamente (conveición forzada) o una combinación de dambes. La cantidá de calor tresferíu por conveición, rexir pola llei d'enfriamientu de Newton.
Radiación: Puede atribuyise a cambeos nes configuraciones electróniques de los átomos o molécules constitutives. N'ausencia d'un mediu, esiste una tresferencia neta de calor por radiación ente dos superficies a distintes temperatures, por cuenta de que toles superficies con temperatura finita emiten enerxía en forma d'ondes electromagnétiques.^[2] El calor emitíu por una superficie na unidá de tiempu, vien dau pola llei de Stefan-Boltzmann.

Aislamientu y barreres de radiación

Como se vio, nun puede torgar la tresferencia de calor, pero puede actuase sobre la velocidá en que se produz. Tolos materiales son, en mayor o menor grau, conductores del calor, la so disposición pa esti fin calificar por aciu el coeficiente de conductividá. Los materiales que'l so coeficiente de conductividá ye bien baxu, denominar aislantes. Los metales son bonos conductores de calor. En contraposición, la baxa conductividá ye inherente a los gases.

Los aislantes térmicos son materiales específicamente diseñaos p'amenorgar el fluxu de calor llindando la conducción, conveición o dambos. Na mayoría de los casos, esto llógrase atrapando un gas nel interior de pequeñes oquedades practicaes nun sólidu. Sicasí, como los gases son fluyíos, el calor tamién se tresfier por conveición nel interior de los buecos y por radiación ente les sos parés, colo que la conductividá consiguida, yá nun ye una propiedá del material, sinón que ye la resultancia de la combinación de mecanismos de fluxu y poder denominar conductividá efectiva, que non solo camuda cola temperatura, sinón que lo fai tamién cola presión y coles condiciones ambientales como'l mugor.

La conductividá d'una sustancia depende del so estáu y de la temperatura. Espresar nel S.I. d'unidaes en ${\frac {W}{m.K}}$

Según la ecuación de Fourier:

Q=-{\frac {S.\lambda }{d}}(t_{2}-t_{1})\qquad \rightarrow \qquad Q={\frac {1}{R}}(t_{2}-t_{1})\qquad \rightarrow \qquad R={\frac {d}{S.\lambda }}

$R={\frac {d}{\lambda }}$ llámase resistencia térmica por unidá de superficie y ye un coeficiente característicu de los materiales aislantes, inversu de la conductancia.

La fibra de vidriu ríxida, un material aislante usáu comúnmente, tien un valor R de 4 por pulgada, ente que'l cementu, un bon conductor, tien un valor de 0.08 por pulgada.^[3]

Les barreres de radiación, son materiales que reflexen la radiación, amenorgando asina'l fluxu de calor de fontes de radiación térmico. Los bonos aislantes nun son necesariamente bones barreres de radiación, y viceversa. Los metales, por casu, son escelentes reflectores pero bien malos aislantes.

La efectividá d'una barrera de radiación ta indicáu pola so reflectividad, que ye una fracción de la radiación reflexada. Un material con una alta reflectividad (nuna llonxitú d'onda) tien una baxa absortividad, y por consiguiente una baxa emisividad. Un reflector ideal tien un coeficiente de reflectividad igual a 1, lo que significa que reflexa'l 100% de la radiación entrante. Per otru llau, nel casu d'un cuerpu prietu, que tien una escelente absortividad y emitividad de la radiación térmico, el so coeficiente de reflectividad ye casi 0. Les barreres de radiación tien una gran aplicación n'inxeniería aeroespacial; la gran mayoría de los satélites usen delles capes aislantes aluminizadas que reflexen la lluz solar, lo que dexa amenorgar la tresferencia de calor y controlar la temperatura del satélite.

Ver tamién

Referencies

↑ Frank Kreith & Mark S. Bohn.Principios de Tresferencia de calor.páxina 2
↑ Incropera, Frank P. (1999). Fundamento de tresferencia de calor., 4a. ed. (en castellanu), Méxicu: Prentice Hall, páx. 912. ISBN 970-17-0170-4.
↑ Two websites: Y-star and Coloradoenergy

Fuente

Cross, F. Tresferencia de calor. 300 pp. Editorial Continental.

Revistes rellacionaes

N'inglés:

Heat Transfer Engineering[1]
Esperimental Heat Transfer[2]
International Journal of Heat and Mass Transfer[3]
ASME Journal of Heat Transfer[4]
Numerical Heat Transfer Part A[5]
Numerical Heat Transfer Part B[6]
Nanoscale and Microscale Thermophysical Engineering[7]

Enllaces esternos

N'inglés:

Heat Transfer Podcast - Arun Majumdar - Department of Mechanical Engineering - University of California, Berkeley
Heat Transfer Basics - Overview
A Heat Transfer Textbook - Downloadable textbook (free)
Hyperphysics Article on Heat Transfer - Overview
A molecular heatwave? Archiváu 2007-11-18 en Wayback Machine
calor-pase-de-un focu-frio-a-otru-caliente-por-metodos-cuanticos Llogren que'l calor pase d'un focu fríu a otru caliente por métodos cuánticos (enllaz rotu disponible n'Internet Archive; ver l'historial y la última versión). (nun viola la segunda llei de la termodinámica)

[1] Frank Kreith & Mark S. Bohn.Principios de Tresferencia de calor.páxina 2

[2] Incropera, Frank P. (1999). Fundamento de tresferencia de calor., 4a. ed. (en castellanu), Méxicu: Prentice Hall, páx. 912. ISBN 970-17-0170-4.

[3] Two websites: Y-star and Coloradoenergy

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