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¿Sabes por qué se calientan nuestras manos si las colocamos cerca del fuego?, ¿por qué no se calienta el mango de la sartén, pero sí la parte donde cocinamos? Todos estos ejemplos son consecuencia del intercambio de energía térmica. La transferencia de calor ocurre cuando colocamos en contacto a dos sistemas con diferentes temperaturas: el calor va a fluir del punto con mayor temperatura al de menor temperatura.
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Regístrate gratis¿Cuál de los siguientes no es un método de transferencia de energía térmica?
¿Qué es el coeficiente de transferencia de calor?
¿Cuál de los siguientes parámetros no afecta al coeficiente de transferencia de calor?
¿Cuál de los siguientes parámetros no afecta al flujo de calor?
Es posible tener una transferencia de calor convectiva, conductiva y radiativa simultáneamente: ¿verdadero o falso?
Se puede crear energía térmica a partir de la nada: ¿verdadero o falso?
¿Qué es la transferencia de calor por conducción?
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Equipo de profesores de Transferencia de calor
La transferencia de energía térmica o transferencia de calor es el fenómeno en el cual se intercambia energía, en forma de calor, entre dos materiales o entre dos puntos de material.
La teoría de la conservación de la energía nos dice que esta no puede crearse ni destruirse; solo puede transformarse en formas diferentes.
La energía térmica es energía calorífica en forma de calor, que se transfiere cuando existe una diferencia de temperatura.
La energía térmica solo puede transferirse de un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura, hasta que ambos cuerpos alcancen el equilibrio térmico (que las dos temperaturas lleguen a ser iguales).
El equilibrio térmico es un estado en el que dos sustancias de la materia han alcanzado la misma temperatura y, por tanto, ya no hay transferencia de energía térmica entre ellas.
También, puede describirse como un estado isotérmico. Para que se considere una condición isotérmica, los dos cuerpos deben estar en contacto entre sí.
Si un bloque de hielo con una temperatura de \(-5\,\,\mathrm{^{\circ}C}\) se coloca sobre una mesa con una temperatura de \(25\,\,\mathrm{^{\circ}C}\), ¿se alcanzará el equilibrio térmico?
Solución
La energía térmica de la mesa se transferirá al hielo —debido a la diferencia de temperatura (\(\Delta Τ\)) de \(20\,\,\mathrm{^{\circ}C}\)—, hasta que estos dos objetos alcancen el equilibrio térmico. Así, el equilibrio térmico se alcanzará cuando estos dos objetos lleguen a la misma temperatura.
La temperatura de las dos regiones bajo el gradiente de temperatura actual proporcionará la dirección de la transferencia de calor. La dirección de la energía térmica será siempre desde el cuerpo de mayor temperatura hacia el de menor temperatura, cuando no haya adiciones de calor externas en el sistema. En el ejemplo anterior, la dirección de la transferencia de calor es de la mesa al hielo, ya que la mesa tiene una temperatura más alta.
Los mecanismos de transferencia de energía térmica por los que puede producirse la transferencia de calor son:
El método de convección implica la transferencia de calor a través del movimiento de un fluido, que puede estar en forma de gas o líquido. Cuando un fluido se mueve, la energía térmica se transfiere a partir del movimiento de las partículas del fluido.
El movimiento de un fluido caliente dentro de una tubería hará que esta se caliente, ya que la energía térmica se transferirá del fluido caliente a las paredes de la tubería (calienta su material).
Se trata de un método de transferencia de calor que se produce debido a las colisiones entre partículas y partículas subatómicas dentro de un cuerpo. Cuando las partículas subatómicas chocan entre sí, se produce una transferencia de energía cinética —conocida como energía interna— que genera calor.
Cuando se retira una sartén caliente de la estufa y se coloca sobre una mesa, la energía térmica de la sartén caliente se transfiere localmente a la superficie de la mesa, por la colisión de partículas entre las dos superficies.
La radiación es un método de transferencia de calor en forma de luz u ondas electromagnéticas. Este tipo de energía es emitida por ciertas materias que nos rodean.
Un ejemplo de transferencia de calor por radiación es el calentamiento de una habitación, a partir de la energía térmica emitida por una chimenea. En este ejemplo, la transferencia de calor por conducción también se produce en la habitación, pero a un ritmo menor.
El coeficiente de transferencia de calor es una propiedad física de un objeto que sirve para expresar el grado de transferencia de calor.
Si el coeficiente de transferencia de calor \(h\) es grande, el calor se transferirá de un objeto a otro con mayor facilidad y rapidez, y viceversa.
El coeficiente de transferencia de calor depende de dos parámetros: la conductividad térmica y el grosor de los materiales en los que se produce la transferencia de calor.
La conductividad térmica es una medida de la capacidad de un material para conducir el calor.
Si la conductividad térmica es alta, también el coeficiente de transferencia de calor será mayor. Asimismo, si el material es bastante grueso, el coeficiente de transferencia de calor resultante será menor.
La velocidad a la que se produce la transferencia de calor puede describirse mediante la siguiente ecuación:
\[ Q=h\cdot A \cdot \Delta T = h \cdot A \cdot (T_2-T_1)\]
Hay que tener en cuenta lo siguiente:
Se está calentando una cacerola de \(20 \,\,\mathrm{cm}\) de diámetro y \(5 \,\,\mathrm{cm}\) de profundidad. La energía se transfiere por convección, desde la estufa hasta el fondo de la cacerola, a razón de \(600\,\,\mathrm{W}\). La temperatura resultante en el fondo exterior de la cacerola es de \(380\,\,\mathrm{K}\).
Halla el coeficiente de transferencia de calor, si la temperatura en la superficie interior del fondo es de \(300\,\,\mathrm{K}\).
Solución:
Primero, tenemos que encontrar la superficie en unidades del SI. Lo hacemos convirtiendo \(20\,\,\mathrm{cm}\) en metros. Luego, convirtiendo el diámetro en radio, para encontrar el área:
\[\begin{aligned}D&= 20 \,\,\mathrm{cm} = 20 \cdot 10^{-2}\,\,\mathrm{m}\\ R&=\dfrac{20\cdot 10^{-2}\,\,\mathrm{m}}{0,1 \,\,\mathrm{m}}\\ A&= \pi r^2 =\pi (0,1 \,\,\mathrm{m})^2 \\ A&=0,0314\,\,\mathrm{m}^2\end{aligned} \]
Segundo, encontramos el coeficiente de transferencia de calor, reordenando la ecuación de la tasa de transferencia de calor:
\[ Q=h\cdot A (T_2-T_1)\rightarrow h=\dfrac{Q}{A (T_2-T_1)}\]
Por último, sustituimos los valores dados en la ecuación final para hallar el coeficiente de transferencia de calor:
\[\begin{aligned} h&= \dfrac{Q}{A(T_2-T_1)} \\ &= \dfrac{600}{0,0314(380-300)}\,\,\mathrm{W/m^2 K}\\ &= 238,85\,\,\mathrm{W/m^2 K}\end{aligned}\]
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¿Cuáles son los 3 tipos de transferencia de calor?
Conducción, convección y radiación.
¿Qué es la transferencia de calor?
La transferencia de calor es la transferencia de energía térmica entre dos cuerpos, debido a las diferencias de temperatura.
¿Cómo se transfiere el calor?
La transferencia de calor ocurre cuando colocamos en contacto dos sistemas con diferentes temperaturas. El calor va a fluir del punto con mayor temperatura al de menor temperatura, hasta alcanzar un equilibrio térmico (es decir, cuando las temperaturas sean iguales).
¿Qué es el equilibrio térmico?
El equilibrio térmico es un estado en el que dos sistemas han alcanzado la misma temperatura y, por tanto, ya no hay transferencia de energía térmica entre ellas.
¿Cuáles son ejemplos de transferencia de energía por conducción?
Cuando se retira una sartén caliente de la estufa y se coloca sobre una mesa, la energía térmica de la sartén caliente se transfiere localmente a la superficie de la mesa, por la colisión de partículas entre las dos superficies.
¿Qué es el calor?
El calor es una forma de energía que se transfiere entre dos cuerpos con distintas temperaturas.
¿Cuál es la fórmula para calcular la transferencia de calor?
La fórmula para calcular la transferencia de calor es: Q=hA (T2-T1)
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Lily Hulatt es una especialista en contenido digital con más de tres años de experiencia en estrategia de contenido y diseño curricular. Obtuvo su doctorado en Literatura Inglesa en la Universidad de Durham en 2022, enseñó en el Departamento de Estudios Ingleses de la Universidad de Durham y ha contribuido a varias publicaciones. Lily se especializa en Literatura Inglesa, Lengua Inglesa, Historia y Filosofía.
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Gabriel Freitas es un ingeniero en inteligencia artificial con una sólida experiencia en desarrollo de software, algoritmos de aprendizaje automático e IA generativa, incluidas aplicaciones de grandes modelos de lenguaje (LLM). Graduado en Ingeniería Eléctrica de la Universidad de São Paulo, actualmente cursa una maestría en Ingeniería Informática en la Universidad de Campinas, especializándose en temas de aprendizaje automático. Gabriel tiene una sólida formación en ingeniería de software y ha trabajado en proyectos que involucran visión por computadora, IA integrada y aplicaciones LLM.
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