TRANSFERENCIA DE CALOR

14.2 Conducción

Cuando dos partes de un material se mantienen a temperaturas diferentes la energia se trasfiere por colisiones moleculares de la más alta a la más baja temperatura. Este proceso de conducción es favorecido también por el movimiento de electrones libres en el interior de la sustancia, los cuales se han disociado de sus átomos de origen y estimulados ya sea térmica o eléctricamente. La mayoría de los metales son eficientes conductores del calor porque tienen cierto número de electrones libres que pueden distribuir calor, además que se propaga por la agitación molecular. En general, un buen conductor de la electricidad también lo es del calor.

La ley fundamental de la conducción térmica es una generalización de resultados experimentales relacionados con el flujo de calor por un material en forma de placa. Consideremos la placa de espesor L y área A. Una cara se mantiene a una temperatura T y la otra a una temperatura T. Se mide la cantidad de calor Q que fluye en dirección perpendicular a la cara durante un tiempo 1. Si se repite el experimento para diversos materiales de diferentes espesores y áreas de la cara, estaremos en condiciones de hacer algunas observaciones generales relacionadas con la conducción de calor

1. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es directamente proporcional a la diferencia de temperatura (ΔT = Tf – Ti). Entre las dos caras.

2. La cantidad de calor transferida por unidad de tiempo es directamente proporcional al área A, de la placa.

3. La cantidad de calor transferido por unidad de tiempo es inversamente proporcional al espesor L de la placa

Estos resultados pueden expresarse en forma de ecuación. Introduciendo la constante de profesionalidad K así escribimos.

Formula H = Q/t = kA ΔT/L

Donde H representa la razón con la que se transfiere el calor. Aun cuando las ecuaciones se establecieron para un material en forma de placa. También se cumple para una barra de sección transversal A Y longitud, L

La constante de proporcionalidad K es una propiedad de cada material que se conoce como conductividad térmica. A partir de la ecuación anterior, Se observa que la sustancia con alta conductividad térmica son buenas conductoras del calor, En tanto que las sustancias con baja conductividad son conductoras pobres o aislantes.

Conductividad Térmica

La conductividad térmica de una sustancia es una medida de su capacidad para conducir el calor y se define Por medio de la relación.

K = QL/t ΔT

El valor numérico de la conductividad técnica depende de las unidades elegidas para calor espesor área tiempo y temperatura sustituyendo con las unidades del. Internacional para cada una de estas cantidades obtenemos las unidades aceptadas siguiente.

Unidades del Si : J/sm°C o bien W/m°K

Como recordará, el joule por segundo (J/s) es la potencia en watts (W) y los intervalos de temperatura kelvin y Celsius son iguales.

Por desgracia, las unidades empleadas se basan más en el criterio de la comodidad de la medición. Por ejemplo, en el SUEU, el calor se mide en BTu, el espesor en pulgadas, el área en pies cuadrados, el tiempo en horas y el intervalo de temperatura en grados Farenheit. En consecuencia, las unidades de la conductividad térmica a partir de la ecuación

Sistema Inglés k = BTuin/ft²h°F

En el sistema métrico en casa. En el caso de la transferencia de Carlos se emplea con más frecuencia las calorías que el Joule. Por tanto, las unidades siguientes se usan a menudo.

Unidades métricas k= kcal/ms°C

Los factores de conversión siguiente resultan útiles

1kcal/sm°C = 4186W/m°K

1BTu in/ft²h°F = 3.445x10-5kcal/ms°C

TABLA