Mecanismos de TRANSFERENCIA de CALOR

El calor es energía en transito debido a un gradiente de temperatura. Se transmite o transfiere mediante 3 mecanismos distintos:

Conducción. El calor se transfiere de un cuerpo a otro por contacto directo, de mayor a menor temperatura (en la dirección de la temperatura decreciente). Para que se produzca esta transferencia, se requiere de un medio físico, solido, liquido, o gas. Al modelo matemático que lo representa se le denomina la ley de Fourier.

k es la conductividad térmica (W/mK) y es una característica del material  que mide la capacidad del mismo para conducir el calor a través de su masa. Los materiales aislantes tienen un coeficiente de conducción pequeño por lo que su capacidad de conducir el calor es reducida.

El signo menos da entender que el calor se transfiere de mayor a menor temperatura.

Ejemplos:

> Una cuchara metálica introducida en una taza con agua caliente. Al tocar su extremo libre, inmediatamente se percibirá su calentamiento por efecto de este mecanismo de transferencia de calor. El calor fluye en la cuchara de A hacia B.

Fuente:http://www.heurema.com/TestF55.htm

> La varilla de calienta aunque solo un extremo este en contacto con el fuego.

Fuente: Adaptado de : http://primaria5.blogspot.pe/2014/02/transferencia-de-calor.html

Convección. Es el mecanismo de transferencia de calor que se produce entre un fluido en movimiento y una superficie donde ambos se encuentran a distintas temperaturas. Este mecanismo requiere de un medio físico y se clasifica de acuerdo a su naturaleza del flujo en, convección natural o libre, y convección forzada. El primero se produce mediante fenómenos naturales donde el aire caliente tiende a subir y el frío a bajar debido a una diferencia de densidades ocasionadas por variaciones de temperatura en el fluido. El segundo, requiere de un medio mecánico externo, un ventilador, vientos atmosféricos o bomba. Su modelo matemático se representa por la Ley de enfriamiento de Newton.

        

h(W/m2K) es el coeficiente pelicular de transferencia de calor por convección o simplemente coeficiente de convección, el cual depende de una variedad de propiedades termodinámicas del fluido y de transporte.

Ejemplo: Al calentar una olla con agua, el agua que se encuentra en la base de la olla al estar mas próximo al fuego se calienta primero y tiende a subir (debido a que la densidad y temperatura son inversamente proporcionales), es decir, se hace mas ligero, mientras que el agua fría desciende al lugar dejado por el agua caliente. Este fenómeno cíclico se repite dando lugar a la convección natural.

Fuente: Adaptado de :http://ciencia-drhans.weebly.com/transferencia-de-calor3.html

Radiación. Mecanismo de transferencia de calor que se produce cuando la materia se encuentra a una temperatura finita y el intercambio se produce por emisión o absorción de energía transportada por ondas electromagnéticas. La radiación no requiere de un medio físico y mas bien, la mayor eficiencia de transferencia de calor por radiación se produce en el vacío. Su modelo matemático esta representado por la Ley de Stefan-Boltzmann.

Dicha superficie es llamada radiador ideal o cuerpo negro. Si se tratase de una superficie real a la misma temperatura, el flujo de calor emitido seria menor que el de dicho cuerpo negro y se representa por:

Ejemplo: El Sol aporta energía exclusivamente por radiación.

Fuente: www.educaycrea.com