EVAP1

                                                             Transferencia de calor
Objetivos:
Reconocer la importancia de la transferencia de calor en los diferentes y cuerpos y medios que se pueda presentar.
Diferenciar los tres mecanismos en los que se puede transferir el calor.
Analizar el porqué se transfiere el calor de un cuerpo a otro en diferentes temperaturas.
Conocer la importancia del paso de energía térmica en la vida real.
Justificación:
Durante el aprendizaje de los procesos de transferencia de calor se consideran de forma gradual análisis y condiciones más complejas. Es así como se inicia con el caso simple de conducción de calor en esto estable sin generación interna y se van ampliando conceptos. Muchos problemas en la ingeniería involucran situaciones en las que hay condiciones que varían con el tiempo, y se sabe también que en los procesos de transferencia de calor ciertas variables de procesos dependen de la variación de la temperatura de un cuerpo en función del tiempo y la posición. Para efectos de estudio, primero se considera que la temperatura del cuerpo solo varía con el tiempo y no con la posición. Esta práctica de laboratorio tiene como objetivo principal estudiar la dependencia temporal de la distribución de temperaturas dentro de un sólido.
Marco teórico:
Cuando se ponen en contacto dos cuerpos a temperaturas diferentes, intercambiarán energía hasta que ambos alcancen el equilibrio térmico a la misma temperatura.
El equilibrio no es estático sino dinámico, ya que los dos cuerpos pueden intercambiar energía a nivel microscópico, aunque dicho intercambio tiene lugar en ambas direcciones, no habiendo en promedio intercambio neto en ninguna de las dos.
El caso más simple es aquél en el que ambos subsistemas tienen el mismo número de partículas, la temperatura de equilibrio es la media de las temperaturas iniciales de ambos cuerpos



Procedimiento:
La transferencia de calor
La transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
Procesos de transferencia de calor
El calor se transfiere por medio de alguno de los siguientes procesos:
Conducción: transmisión de calor por contacto sin transferencia de materia.
Convección: transmisión de calor por la transferencia de la propia materia portadora del calor.
Radiación: transmisión de energía por medio de la emisión de ondas electromagnéticas o fotones.
La transferencia de energía térmica o calor entre dos cuerpos diferentes por conducción o convección requiere el contacto directo de las moléculas de diferentes cuerpos, y se diferencian en que en la primera no hay movimiento macroscópico de materia mientras que en la segunda sí lo hay. Para la materia ordinaria la conducción y la convección son los mecanismos principales en la "materia fría", ya que la transferencia de energía térmica por radiación sólo representa una parte minúscula de la energía transferida. La transferencia de energía por radiación aumenta con la cuarta potencia de la temperatura (T4), siendo sólo una parte importante a partir de temperaturas superiores a varios miles de kelvin.



Convección de calor
La convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida, causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del gradiente de temperaturas en el fluido.
La transferencia de calor por convección se expresa con la Ley del Enfriamiento de Newton:

Donde h es el coeficiente de convección (o coeficiente de película), A{s} es el área del cuerpo en contacto con el fluido, T{s} es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.



Conducción de calor
La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo a mayor temperatura a otro a menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energía cinética y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos de vibración de sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).
Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en una sola dirección, el calor transmitido es proporcional al área perpendicular al flujo de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de temperatura, y es inversamente proporcional al espesor.
C++:
https://drive.google.com/file/d/0B-hUcrVbR4GNYmRsRUVxYUFnV00/edit?usp=sharing
https://drive.google.com/file/d/0B-hUcrVbR4GNZDk4NHF4QlBRWEk/edit?usp=sharing

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