III. FUNDAMENTO TEÓRICO:CALOR

El calor se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas, sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico (ejemplo: una bebida fría dejada en una habitación se entibia).

La energía calórica o térmica puede ser transferida por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro como resultado de la diferencia de temperatura.

CALOR ABSORBIDO Y DISIPADO

La energía térmica que gana o pierde un cuerpo de masa m es directamenteproporcional a su variación de temperatura.Esto es:

Q α m ( T − T 0 )

Q mc ( T − T 0 ) (1)

donde:c: calor específicoT0: temperatura inicial de referenciaT: temperatura final

El suministro de energía térmica por unidad de tiempo a un cuerpo, corresponde a que éste recibe un flujo calorífico H.Si el flujo es constante,

H dQ cte (2)dt

De (1) y (2) se tiene: dQ

mc dT H ,

dt dt

luego dT H dt

mcIntegrando e iterando se tiene:

La ecuación (3) relaciona la temperatura con el tiempo. Es una función lineal, donde H/mc representa la pendiente y T0 la temperatura inicial.

Si el cuerpo se encuentra en un sistema adiabático, el trabajo de dilatación se realiza a expensas de la energía interna.Sin embargo, la variación de la energía en el interior del cuerpo en un proceso no coincide con el trabajo realizado; la energía adquirida de esta manera se denomina cantidad de calor, es positiva cuando absorbe calor y negativa cuando disipa calor. La energía interna del cuerpo aumenta a costa de la cantidad de calor adquirida dq, y disminuye a costa del trabajo realizado por el cuerpo dw (principio de conservación de la energía en los procesos térmicos). Se le conoce como la primera ley de la termodinámica, y se expresa como:

CONVECCIÓN

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, la evaporación del agua o 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   es el coeficiente de convección (o coeficiente de película),   es el área del

cuerpo en contacto con el fluido,   es la temperatura en la superficie del cuerpo

y   es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.