jueves, 22 de noviembre de 2007

CLIC EN LA IMAGEN

INTRODUCCIÓN

TRANSFERENCIA DE CALOR


En física térmica, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo caliente a uno frío. Cuando un cuerpo físico, por ejemplo, un objeto o un fluido, está a una temperatura diferente de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor, ocurre en el sentido en el cuál el cuerpo y su entorno alcanzan el equilibrio térmico. la transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo caliente a uno frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica.


La transferencia de calor nunca puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.


La transferencia de calor clásica ocurre solamente a través de conducción, convección, radiación o cualquier combinación de ellas. La transferencia de calor asociada con el transporte de calor de un cambio de fase de una sustancia (Como el vapor de agua que lleva el calor del agua al hervir) es a veces tomada como una variación de convección de calor.

La transferencia de calor es de particular interés para los ingenieros, quienes intentan entender y controlar el flujo de calor a través del uso de aislamientos térmicos, intercambiadores de calor, y otros dispositivos. La transferencia de calor se enseña típicamente a los estudiantes y graduados de ingeniería mecánica y química.

Calor - transferencia de energía térmica, (es decir, de la energía y de la entropía) desde un material caliente a uno más frío. La transferencia de calor puede cambiar la energía térmica de los materiales.

Energía interna — la energía vibracional interna que las moléculas y los electrones que componen todos los materiales contienen (Excepto en el cero absoluto).

Conducción — transferencia de calor por difusión o vibración de los electrones. (ver más abajo).

Convección — transferencia de calor por conducción en un medio en movimiento, como un fluido. (ver más abajo).

Radiación — Transferencia de calor por radiación electromagnética o, equivalentemente, por fotones. (ver más abajo).





miércoles, 21 de noviembre de 2007

Conducción

Conducción

La conducción es la transferencia de calor desde una región de alta temperatura a una región de temperatura más baja a través de comunicación molecular directa en el interior de un medio o entre medios en contacto físico directo sin flujo del medio material. La transferencia de energía puede ser, en primera instancia, por impacto elástico como en un fluido; por difusión libre de electrones como predomina en los materiales, o vibraciones de electrones (Fonón) como predomina en los aisladores. En otras palabras, el calor es transferido por conducción cuando átomos adyacentes vibran unos contra otros, o cuando los electrones se mueven de un átomo a otro. La conducción es mayor en sólidos, cuando los átomos están en contacto constante. En líquidos (excepto cuando son líquidos metálicos) y gases, las moléculas están aleatoriamente separadas, dándole una menor oportunidad a estas el chocar y el transferir la energía térmica.
La conducción del calor es directamente análoga a la difusión de partículas en un fluido, en la situación en la que no hay fluido. Este tipo de difusión de calor difiere de la difusión de masa en comportamiento solamente, ya que puede ocurrir en sólidos, mientras que la difusión de masa se limita solo a los líquidos.

Los metales (por ejemplo el cobre) son usualmente los mejores conductores de energía térmica. Esto es debido a la manera como los metales están enlazados químicamente: Los enlaces metálicos (a diferencia del enlace covalente o del enlace iónico) tienen electrones en movimiento libre y forman una estructura cristalina, ayudando, en gran medida, a la transferencia de energía térmica.

Los fluidos (líquidos (excepto los metales líquidos) y gases) no son típicamente buenos conductores. Esto es debido a la gran distancia entre átomos en los gases: a menores colisiones de átomos hay menos conducción. A medida que la densidad disminuye, así también la conducción. La conductividad de los gases aumenta con la temperatura pero solo levemente a presiones cercanas o por encima de la atmosférica. La conducción no aparece del todo en vacío perfecta.

Para cuantificar la facilidad con la cual un medio en particular conduce el calor, los ingenieros emplean la conductividad térmica, conocida también como constante de conductividad o coeficiente de conducción, k. Se define k como "la cantidad de calor, Q, transferida en un tiempo t, a través de una longitud L, en una dirección perpendicular a una superficie de área A, debido a una diferencia de temperatura ΔT [...]." La conductividad térmica es una propiedad de los materiales que es primordialmente dependiente de la fase del medio, la temperatura, la densidad y la interacción molecular.

Un tubo de calor es un dispositivo pasivo que se construye de manera que actúe como si tuviera conductividad térmica extremadamente alta.

martes, 20 de noviembre de 2007

Convección

Convección

La convección es la combinación de conducción y transferencia de energía térmica a través de fluidos en movimiento o el movimiento de grupos de partículas calientes hacia áreas más frías en un medio material. A diferencia de conducción pura, ahora, fluido en movimiento está adicionalmente envuelto en la convección. Este movimiento ocurre en fluidos o en el interior de ellos, mas no puede ocurrir en sólidos. En los sólidos, las partículas mantienen su posición relativa hasta tal punto que no se permite el movimiento o el flujo en masa de las mismas, y por lo tanto la conexión no puede ocurrir.

La convección se presenta de dos formas: Convección natural y convección forzada.
En la convección natural, el fluido al rededor de una fuente de calor; recibe el calor, se vuelve menos denso y se eleva. Entonces en los alrededores, el fluido más frío se mueve para remplazarlo. Este fluido frío es entonces calentado y el proceso continúa, formando a convección. La fuerza impulsora de la convección natural es la flotabilidad, como resultado de las diferencias en la densidad del fluido cuando la gravedad o cualquier otro tipo de aceleración está presente en el sistema.

La convección forzada, en contraste, ocurre cuando bombas, ventiladores u otros mecanismos son usados para impulsar el fluido y crear una convección artificialmente inducida.
La transferencia de calor por convección forzada a veces referida a ser advección de calor, o a veces solo advección para simplificar. Pero la advección es un proceso más general, y en advección de calor, la sustancia que está siendo "advectida" en el campo del fluido es simplemente calor (En vez de masa, la cual es el otro componente natural en dichas situaciones, como la transferencia de masa y la transferencia de calor comparten generalmente las mismas ecuaciones).

En algunos sistemas de transferencia de calor, tanto la convección forzada como la natural contribuyen significativamente al índice de transferencia de calor.
Para calcular el índice de convección entre un objeto y su al rededor líquido, los ingenieros emplean el coeficiente convectivo de transferencia de calor, h. A diferencia de la conductividad térmica, el coeficiente convectivo no es una propiedad del material. El coeficiente convectivo depende de la geometría, fluido, temperatura, velocidad y otras características del sistema en el cual la convección ocurre. Por lo tanto, el coeficiente convectivo debe ser derivado o encontrado experimentalmente para cada sistema analizado. Las fórmulas y las correlaciones están disponibles en muchas referencias para calcular el coeficiente convectivo para configuraciones y fluidos típicos.

lunes, 19 de noviembre de 2007

Radiación


Radiación
La radiación es la transferencia de calor a través de la radiación electromagnética. Fríos o calientes, todos los objetos emiten radiación a un índice igual a su emisividad multiplicada por la radiación que emitiría si fuera un cuerpo negro. Para que la radiación ocurra no se necesita ningún medio; la radiación incluso ocurre en vacío perfecto. La radiación del Sol viaja a través del vacío del espacio antes de calentar la tierra. Además, la única forma que la energía deje la tierra es que sea emitida a través de radiación hacia el espacio.
Tanto la reflectividad como la emisividad de los cuerpos dependen de la longitud de onda.



Radiación térmica

Cuando un cuerpo está más caliente que su entorno pierde calor hasta que su temperatura se equilibra con la de su entorno, este proceso de pérdida de calor se puede producir por tres tipos de procesos: conducción, convección y radiación térmica. De hecho la emisión de radiación puede ser el proceso dominante para cuerpos relativamente aislados del entorno o para muy altas temperaturas. Así un cuerpo muy caliente en general emitirá gran cantidad de ondas electromagnéticas. La cantidad de energía radiente emitida o calor radiado viene dada por la Ley de Stefan-Boltzmann, de acuerdo con esta ley dicho calor radiado es proporcional a su temperatura absoluta elevada a la cuarta potencia:
donde

Q es la cantidad de calor radiada

α es un coeficiente que depende de la naturaleza del cuerpo, α = 1 para un cuerpo negro perfecto.

A es el área de la superficie que radia

kB es la constante de Stefan-Boltzmann con un valor de 5,67 × 10-8 W/m2K4