TERMODINÁMICA Y TRANSFERENCIA DE CALOR

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RESUMEN

La convección se produce mediante el movimiento macroscópico, cargando partes de la substancia de una región fría a una región caliente. Dicho mecanismo posee dos aspectos, uno tiene que ver con el principio de Arquímedes y el otro con la presión.

Digamos que tenemos una región de aire que se calienta. Al paso que el aire se calienta, las moléculas de aire se propagan, haciendo con que dicha región se vuelva menos densa que el ambiente, el aire no caliente. Siendo menos denso este aire se elevará ese movimiento de aire caliente para una región más fría. A esa transferencia de calor se denomina transferencia de calor por convección.

Un buen ejemplo de convección es el calentamiento de una olla de agua. Cuando la llama se prende el calor es transferido en primer lugar por conducción a partir del fondo de la olla. En un determinado momento, el agua empieza a crear bollas, las boyas son regiones locales de agua caliente subiendo para la superficie, llevando calor de la parte caliente para la parte más fría, más densa, arriba, por convección. Al mismo tiempo, el agua más fría, más densa, de la parte de arriba de la olla se hundirá, y será calentada en seguida.

Cuando se pone a calentar un recipiente con agua, esta comienza a calentarse por la parte inferior y se dilata, con lo que disminuye la densidad. El agua caliente, asciende y transporta, así, calor de la parte inferior a la superior. El agua de la parte superior, que está más fría, es más densa, por eso desciende. Bajo se calienta y vuelve a subir. Este proceso genera el movimiento del fluido.

El mecanismo de transferencia de Calor por convección sigue el siguiente modelo matemático:

[pic 2]

Donde h corresponde al coeficiente convectivo, As el área de contacto fluido-Solido, Ts temperatura del solido y T infinito temperatura de los alrededores.

TITULO: TRANSFERENCIA DE CALOR POR RADIACIÓN

AUTOR: CENGEL A. YUNUS

PALABRAS CLAVE: Transferencia de Calor, Radiación, Constante de emisividad, temperatura de los alrededores

DESCRIPCIÓN

Otro mecanismo de trasferencia de calor es la radiación, en esta sección se habla del modelo matemático y las características teóricas de este método de transferencia de energía.

RESUMEN

Cualquier carga eléctrica acelerada emite radiación electromagnética, el tipo de ondas al que pertenecen las de radio, los infrarrojos, la luz, la radiación ultravioleta, etc.

Dicho de otro modo si algo tiene carga eléctrica y su velocidad cambia pasa de estar parado a moverse o al revés, cambia de dirección en su movimiento, o cualquier otra modificación en su velocidad. Pierde parte de su energía en forma de radiación electromagnética, cuando se suministra calor a un sólido sus particular por ejemplo en el caso de un gas utilizan la energía para moverse con mucho mayor rapidez, por esto los cuerpos se expanden, este tipo de movimiento es el que produce perdida de energía en forma de radiación electromecánica, en este aspecto la transferencia de calor se produce a la velocidad de la luz y no necesita un medio de propagación, de hecho el calor llega del sol a la tierra por radiación y se traslada en el vacío completo hasta la atmosfera terrestre.

La radiación en las ollas se produce en la estufa eléctrica cuando se calienta, en estufa se produce una carga eléctrica que emite radiación a la parte inferior de la olla, produciendo ganancia de calor por esta zona, el modelo matemático que expresa este tipo de mecanismo es:

[pic 3]

Donde e corresponde a la emisividad de la superficie y es un valor que se encuentra entre 0 y 1 donde 1 corresponde a un cuerpo negro, sigma =5.67 x10^8 W/m^2 · K^4 es la constante de Stefan-Boltzman, As es el área de superficie y Ts es la temperatura de la superficie a la cuarta.