Calor. Transferencia de calor. Mecanismos de transferencia de calor: conducción, convección, radiación. Ejemplos prácticos.

1. TRANSFERENCIA DE CALOR
Calor. Transferencia de calor. Mecanismos de transferencia de
calor: conducción, convección, radiación. Ejemplos

2. CALORIMETRÍA
• El calor es la forma de
energía que se transmite de
un cuerpo a otro debido a la
diferencia de temperaturas.
• Por ser un tipo de energía, la
unidad en el SI es el joule.
• 1 caloría (cal). Es la cantidad
de energía para aumentar la
temperatura de 1 𝑔 de agua
de 14,5 °𝐶 a 15,5 °𝐶.
• 1 Btu eleva la temperatura de
1 𝑙𝑏 de agua en 1 º𝐹 (De
63 º𝐹 a 64 º𝐹).
• 1 𝐵𝑡𝑢 = 252 𝑐𝑎𝑙 = 1055 𝐽
Flujo de calor
𝑇2 > 𝑇1
El flujo de calor tiene lugar
por la diferencia de
temperaturas
𝑇2
𝑇1

3. Cuando las paletas realizan
trabajo, ocurre una
transferencia de energía
EQUIVALENTE MECÁNICO DEL CALOR
• James Prescott Joule demostró
que cuando se realiza
trabajo sobre el sistema
como se muestra en la
figura, el agua se calienta.
• Él encontró que por cada
4,186 𝐽 de trabajo invertido,
la temperatura del agua
aumentaba en 1 º𝐶 .
• A esta relación se le
denomina equivalente
mecánico del calor.
W Q
1 cal =4,186 J

4. CONDUCCIÓN
• En el fenómeno de
conducción las moléculas
colisionan contra las vecinas
de modo que comparten
energía cinética.
• Aislante térmico es un
material que no permite el
paso del calor entre dos
sistemas que no están en
equilibrio térmico.
• Un conductor térmico es un
material que facilita el paso
del calor entre dos sistemas
térmicos que están a
diferentes temperaturas.
Propagación del calo

5. CONDUCCIÓN DEL CALOR
• Cuando se calienta una barra de hierro a la cual hay
sujetas con cera unas puntas o unos clips.

6. CONDUCCIÓN DEL CALOR
• Si los extremos de una barra
están a diferentes
temperaturas, se produce
conducción de calor de uno
a otro extremo.
• El flujo calorífico ( 𝐻 ) es
directamente proporcional a
la sección 𝐴 del cuerpo y a la
diferencia de temperatura
por unidad de longitud.
• 𝐴 – área transversal de flujo
• 𝐾 – conductividad térmica
• 𝐻 se mide en J/s, W o cal/s .
𝐻 = 𝐾𝐴
𝑇2 − 𝑇1
𝑑

7. CONDUCCIÓN DEL CALOR
• Si los extremos de una barra
están a diferentes temperaturas,
se produce conducción de calor
de uno a otro extremo.
• El flujo calorífico ( 𝐻 ) es
directamente proporcional a la
sección 𝐴 del cuerpo y a la
diferencia de temperatura por
unidad de longitud.
• 𝐴 – área transversal de flujo
• 𝐾 – conductividad térmica
• 𝐻 se mide en J/s, W o cal/s .
𝐻 = 𝐾𝐴
𝑇2 − 𝑇1
𝑑

8. CONDUCTIVIDADES TÉRMICAS DE SUSTANCIAS
Sustancia Conductividad térmica (W/m
ºC )
Metales (a 25 ºC)
Aluminio 238
Cobre 397
Hierro 79,5
Plomo 34,7
Acero 79
No metales (valores aproximados)
Asbestos.
Madera
0,08
Concreto 0,8
Vidrio:
Hormigón
0,8
Hielo 1,7-2
Agua 0,59-0,60
Sustancia Conductividad térmica
(W/m ºC )
Gases (a 25 ºC )
Aire 0,0234
Helio 0,138
Hidrógeno 0,172
Nitrógeno 0,0234
Oxígeno 0,0238
Otros materiales
Músculo animal. Grasa 0,2
Fieltro. Lana mineral 0,04
Vello 0,019

9. TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN
• ¿Por qué en climas extremos se usa
las ventanas de thermopan?
• ¿Por qué la botella del
thermos está ubicada en el
interior de la botella
contenedora y sin contacto
con ella?

10. TECHO DE ICHU VS. TECHO DE CALAMINA

11. EJEMPLO
• Una barra de acero de
10,0 𝑐𝑚 de longitud se
suelda a tope con una de
cobre de 20,0 𝑐𝑚 de
longitud. Ambas están
aisladas por sus costados. Las
barras tienen la misma
sección transversal cuadrada
de 2,00 𝑐𝑚 de lado. El
extremo libre de la barra de
acero se mantiene a 100 º𝐶, y
el de la barra de cobre se
mantiene a 0 º𝐶. Calcule la
temperatura de la unión de
las dos barras y la razón de
flujo de calor.
Solución
Las corrientes de calor en las dos
barras deben de ser iguales
acero acero
acero
(100 T)
H k A
L


cobre cobre
cobre
(T 0)
H k A
L


T

12. aislante
EJEMPLO
• Suponga que las dos barras
se separan, un extremo da
cada una se mantiene a
100 º𝐶 , y el otro, a 0 º𝐶 .
Determine la razón total de
flujo de calor en las dos
barras.
Solución
9/12/2016 12
acero acero
acero
(100 0 )
H k A 20,1W
L

 
cobre cobre
cobre
(100 0 )
H k A 77,0 W
L

 
acero cobreH H H 97,1W  

13. EJERCICIOS DE APLICACIÓN
• Una habitación tiene una ventana de 3,0 m2 de superficie
con un vidrio de 1,0 cm de espesor. La temperatura del
aire exterior es de 3,0°C . ¿A qué temperatura podrá
llegar la habitación si la calentamos con una estufa
de 1 000 W? Kvidrio = 0,84 W/m°C .
• Solución:
  
  
2
1
1000 1,0 10
3,0
0,84 3,0
T C C


   
1 2
HL
T T
KA
 
1 4,0 3,0 7,0T C C C     

14. CONVECCIÓN DE CALOR
• Cuando un fluido se calienta,
sus partículas se mueven más
rápido, se hace menos denso
y sube.
• Cuando se enfría, se hace
más denso y baja: se crean
unas corrientes (verticales),
las cuales son denominadas
corrientes de convección.
• Estas corrientes tienden a
distribuir el calor por toda la
masa del fluido.
Donde 𝐴 es el área superficial del cuerpo en
contacto con el ambiente circundante y ℎ es el
coeficiente de transferencia por convección.
 1 2H hA T T 

15. AMBIENTE
Corriente de convección del
aire frío
Corriente de convección del
aire caliente

16. SISTEMA DE CALEFACCIÓN ROMANO
12/09/2016 Y Milachay 16

17. RADIACIÓN
• Se produce en medios
materiales y no materiales. El
calor es radiación infrarroja.
• Los cuerpos calientes emiten
radiación electromagnética.
Los objetos, además de
emitir este tipo de radiación,
también la absorben.
• La transferencia de calor por
radiación se produce cuando
un objeto más caliente emite
radiación electromagnética y
otro más frío la absorbe.

18. CASAS SOLARES PASIVAS

19. ECOSISTEMA URBANO CHINO
12/09/2016 Y Milachay 19

20. CASAS SOLARES PASIVAS

21. REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1. R. Serway, J. Jewett. Física para Ciencias e Ingeniería.
7° edición. Ed.Cengage Learning. Pág. 403-406.
2. J. Wilson, A. Buffa. Física. 6° edición. Ed. Pearson
Educación. Pág. 322-324.
3. Sears Zemansky. Física Universitaria. 12° edición.
Pearson Educación. Pág. 470-472.