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El calor se condice dentro de un medio hasta la interface con otro medio. Entre ambos medios se transfiere calor en función de la diferencia de temperatura entre los medios, la sección y una constante de transferencia. En el caso de que uno de los medios es un gas (ej. aire) o liquido (ej. agua) la constante de transferencia depende de la estructura de la interface y la velocidad de desplazamiento del medio gaseoso o liquido.

>Modelo

ID:(776, 0)

Ecuación

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La transferencia del calor en un medio a otro lleva a que una cantidad de calor dQ se desplaza a través de un cuerpo de sección S en un tiempo dt bajo una diferencia de temperatura \Delta T es:

$\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }= \alpha S \Delta T $

Condiciones

Variables

$\alpha$

Coeficiente de transmisión

$W/m^2K$

$\Delta T$

Diferencia de temperatura entre medios

$K$

$S$

Sección

$m^2$

$\delta Q$

Variación de calor

$J$

$dt$

Variación infinitesimal del tiempo

$s$

Relación

donde \alpha es la constante de transferencia térmica del material.

La constante de transferencia térmica del material es del orden de 350 - 10000 J/m2sK. Este valor depende de la velocidad si uno de los medios es liquido y se desplaza.

ID:(7713, 0)

Imagen

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El calor se transferencia entre la sección S de un medio a temperatura T_1 y la sección en contacto de un segundo medio a temperatura T_2 es una función de la constante de transferencia \alpha:

Transferencia de calor

ID:(7723, 0)

Ecuación

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El calor transmitido por la interfaz entre dos medios se deja calcular mediante

$\displaystyle\displaystyle\frac{ dQ }{ dt }= \alpha S ( T_2 - T_1 )$

Condiciones

Variables

$\alpha$

Coeficiente de transmisión

$W/m^2K$

$S$

Sección

$m^2$

$T_1$

Temperatura en el exterior

$K$

$T_2$

Temperatura en el interior

$K$

$\delta Q$

Variación de calor

$J$

$dt$

Variación infinitesimal del tiempo

$s$

Relación

en donde \alpha es el coeficiente de transmisión. Este ultimo no solo depende de los dos medios en contacto, también puede depender de la velocidad con que se desplazan relativamente. Esto aplica en especial a fluidos y gases que logran aumentar en forma importante la cantidad de calor transmitido si se desplazan sobre la superficie (efecto soplar para enfriar).

ID:(3484, 0)

Ecuación

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Si un medio se desplaza con una constante de el coeficiente de transmisión en liquido, dependiente de la velocidad ($\alpha_{wv}$) y la velocidad del medio ($v_m$) es igual a

$ \alpha_{wv} = \alpha_{w0} \left(1+\sqrt{\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{w0} }}\right)$

Condiciones

Variables

$\alpha_l$

Coeficiente de transmisión en liquido, dependiente de la velocidad

$W/m^2K$

$\alpha_{l0}$

Coeficiente de transmisión en liquido, independiente de la velocidad

$W/m^2K$

$v_{l0}$

Factor velocidad del liquido del coeficiente de transmisión

0.0278

$m/s$

$v_m$

Velocidad del medio

$m/s$

Relación

donde el coeficiente de transmisión en liquido, independiente de la velocidad ($\alpha_{w0}$) representa el caso en el que el medio no se desplaza y el factor velocidad del liquido del coeficiente de transmisión ($v_{w0}$) es la velocidad de referencia.

La constante de transferencia térmica del material para el caso de un líquido en reposo es igual a $340 J/m^2sK$, mientras que la velocidad de referencia es de $0.0278 m/s$.

ID:(7714, 0)

Ecuación

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Si un medio se desplaza con una constante de el coeficiente de transmisión en gases, dependiente de la velocidad ($\alpha_{gv}$) y la velocidad del medio ($v_m$) es igual a

$ \alpha_{gv} = \alpha_{g0} \left(1+\displaystyle\frac{ v_m }{ v_{g0} }\right)$

Condiciones

Variables

$\alpha_g$

Coeficiente de transmisión en gases, dependiente de la velocidad

$W/m^2K$

$\alpha_{g0}$

Coeficiente de transmisión en gases, independiente de la velocidad

$W/m^2K$

$v_{g0}$

Factor velocidad del gas del coeficiente de transmisión

$m/s$

$v_m$

Velocidad del medio

$m/s$

Relación

donde el coeficiente de transmisión en gases, independiente de la velocidad ($\alpha_{g0}$) representa el caso en el que el medio no se desplaza y el factor velocidad del gas del coeficiente de transmisión ($v_{g0}$) es la velocidad de referencia.

La constante de transferencia térmica del material en el caso de un gas en reposo es de $5.6 J/m^2sK$, mientras que la velocidad de referencia es de $1.41 m/s$

ID:(7715, 0)

Imagen

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Cuando el transbordador espacial reingresa en la atmósfera terrestre, se genera una gran cantidad de calor que no debe penetrar en la cabina. Para evitar esto, la parte inferior del transbordador estaba revestida con numerosos ladrillos de cerámica que tenían un coeficiente de transferencia extremadamente bajo. Era tan bajo que se podía tocar un ladrillo incandescente con la mano sin sufrir quemaduras, como se ilustra en la siguiente imagen:

Transferencia de calor

ID:(11193, 0)

Imagen

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El coeficiente de transferencia de calor depende de la velocidad del medio que fluye sobre la superficie del cuerpo a enfriar. Este principio se aprovecha al utilizar sopladores o ventiladores para aumentar la velocidad del flujo y, por lo tanto, mejorar la disipación de calor, como se ilustra en la siguiente imagen:

Transferencia de calor

ID:(11195, 0)

Concepto

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Uno de los efectos de la transferencia de calor de un conductor a un medio externo es que el medio cercano a la interfaz puede empezar a calentarse y crear una zona de interferencia en la transmisión. Esto disminuye la eficiencia de la transferencia y tiende a crear un aislante que reduce el flujo de energía.

Sin embargo, este efecto puede cambiar en presencia de viento, ya que el viento puede eliminar esa capa de átomos y moléculas a alta temperatura, lo que hace que la transmisión de calor sea más eficiente. Esto significa que el coeficiente de transmisión ($\alpha$) depende de la velocidad del medio ($v_m$):

En este caso, modelamos la relación en función de coeficiente de transmisión sin velocidad ($\alpha_0$) y un factor de referencia de el velocidad de referencia del medio ($v_0$).

La relación matemática que describe esto es para un gas con el coeficiente de transmisión en gases, dependiente de la velocidad ($\alpha_{gv}$), la velocidad del medio ($v_m$), el coeficiente de transmisión en gases, independiente de la velocidad ($\alpha_{g0}$) y el factor velocidad del gas del coeficiente de transmisión ($v_{g0}$):

y para un líquido con el coeficiente de transmisión en liquido, dependiente de la velocidad ($\alpha_{wv}$), la velocidad del medio ($v_m$), el coeficiente de transmisión en liquido, independiente de la velocidad ($\alpha_{w0}$) y el factor velocidad del liquido del coeficiente de transmisión ($v_{w0}$):

Esto explica cómo el viento puede influir en la eficiencia de la transferencia de calor entre un conductor y un medio externo.

ID:(3620, 0)

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Video

Video: Transferencia de Calor