EVIDENCIA 1 CONDUCCIÓN - Andres Armenta Dominguez

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Ma. Del Rosario Dávalos Gutiérrez transferencia de calor, octubre 2020 
 
 
EVIDENCIA 1 
OCTUBRE 1, 2020 
Mecanismos de Transferencia de Calor 
 
Hay tres formas diferentes en las que el calor se transmite de la fuente calorífica al 
receptor, aun cuando muchas de las aplicaciones en la ingeniería son combinación 
de dos o tres de ellas. Estas formas son, conducción, convección y radiación. 
 
Mecanismo de Transferencia de Calor por Conducción 
 
La conducción constituye el mecanismo típico del transporte molecular de calor, el 
cual se describe matemáticamente mediante la ley de Fourier. De acuerdo con esta 
ley, la conducción tiene lugar cuando se establece una diferencia de concentración 
de calor entre dos puntos separados entre sí por una distancia dada. 
El fenómeno de la conducción de calor es un proceso de transporte de la energía 
por contacto directo entre las partículas de un cuerpo, o entre cuerpos a diferentes 
temperaturas, en virtud del movimiento de las micropartículas de la sustancia o 
material en el caso de sólidos. La transmisión de calor por conducción puede 
efectuarse de dos formas: una forma ocurre debido a la interacción molecular, en la 
cual las moléculas que tienen un alto nivel de energía ceden parte de ella a las 
adyacentes que tienen un nivel de energía más bajo, mediante oscilaciones de 
átomos. Esta forma de transporte está presente siempre, en algún grado en todos 
los sistemas en que exista un gradiente de temperatura, y en los cuales el medio es 
continuo, como es el caso de los sólidos homogéneos, líquidos y gases. 
En los metales se presenta, además, otra forma de conducción, es decir, el 
transporte de calor debido a los electrones libres. El movimiento de los 
electrones libres de un metal calentado conduce a igualar la temperatura en 
todos los puntos de este, ya que dicho movimiento se produce desde las 
regiones de alta temperatura hacia las de baja temperatura. 
La dispersión de los electrones aumenta con la temperatura, debido a la 
pérdida de uniformidad de la distribución electrónica como consecuencia del 
aumento de energía calorífica. En los metales puros, esto conduce a una 
disminución de la conductividad eléctrica y térmica. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Ma. Del Rosario Dávalos Gutiérrez transferencia de calor, octubre 2020 
 
Conductividad Térmica o Calorífica. 
 
La conductividad térmica K, depende de la estructura, densidad, humedad, 
presión y temperatura de cada fase gas, líquido y sólido. 
La conductividad térmica, desde el punto de vista físico, es una medida de la 
resistencia que ofrece el material al flujo de calor. Así, los materiales de alta 
conductividad térmica son buenos conductores de calor, y el coeficiente K se halla 
dentro de los límites de 20 a 400 W/m k. El mejor conductor es la plata (K=410 W/m 
k). Le sigue, en orden descendente de los valores de k, el cobre puro (K=395 W/m 
k), el oro (K= 300W/m k) y el aluminio (K=210 W/m k). En cambio, los materiales de 
baja conductividad presentan las características de aislantes. 
La conductividad térmica para los gases de hallan entre 0.003 y 0.5 W/m k. 
La conductividad térmica para los líquidos se encuentra entre 0.08 y 0.7 W/m k. 
En los materiales de construcción y aislantes, los valores de K se encuentran entre 
0.02 y 3 W/m k. 
 
 Los valores anteriores muestran que los gases tienen valores de 
conductividad térmica bastante bajos (la presión si tienen un efecto considerable 
en el valor de estos), los líquidos exhiben conductividades intermedias y los 
sólidos no metálicos tienen valores bajos y los sólidos metálicos alcanzan 
valores muy altos. 
 
A continuación, se da una explicación del porqué de esas diferencias en los valores: 
 
1. Gases. El mecanismo de conducción térmica de los gases es bastante simple. 
Las moléculas poseen un movimiento continuo y desordenado y chocan entre sí 
intercambiándose energía e ímpetu. Si una molécula se desplaza de una región 
de temperatura elevada a otra de temperatura inferior, transporta energía cinética 
a esta región y la cede a otras moléculas de menor energía al chocar con ellas. 
Puesto que las moléculas se mueven con mas rapidez mientras menor es su 
tamaño, gases como el hidrógeno tiene conductividad térmica mas elevadas. 
 
 
 
Ma. Del Rosario Dávalos Gutiérrez transferencia de calor, octubre 2020 
 
2. Líquidos. El mecanismo físico de conducción de energía en los líquidos es 
bastante similar al de los gases en los que las moléculas de energía mas alta 
chocan con las de energía menor. Sin embargo, las moléculas de los líquidos 
están muchas más juntas entre sí y los campos de fuerza moleculares producen 
un efecto considerable sobre el intercambio de energía. 
3. Sólidos. Las conductividades térmicas de los sólidos homogéneos son muy 
variables, los sólidos metálicos como el cobre y el aluminio tienen valores muy 
elevados, mientras que algunos materiales aislantes no metálicos, del tipo de la 
lana mineral y el corcho tienen conductividades muy bajas. 
 La conducción de calor o energía a través de los sólidos se verifica mediante dos 
mecanismos. En el primero, que se aplica principalmente a los sólidos metálicos, 
el calor, al igual que la electricidad, es conducido por los electrones libres que se 
mueven en la red estructural del metal. En el segundo, que existen en todos los 
sólidos, el calor es conducido por la transmisión de energía de vibración entre 
átomos adyacentes. 
 Las conductividades térmicas de los materiales aislantes, como la lana mineral, 
son similares a la del aire, pues contienen grandes cantidades de aire atrapado 
en espacios vacíos. Los superaislantes que se destinan a materiales criogénicos 
como el hidrógeno líquido, están formados por capas múltiples de materiales 
altamente reflectivos separados por espacios aislantes al vacío. Los valores de 
la conductividad térmica son, más bajos que los del aire. 
 
EFECTO DE LA VARIACIÓN EN LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DEL MATERIAL 
DEL TUBO O TUBOS SOBRE EL AREA DE TRANSFERENCIA DE CALOR 
 
Material Conductividad 
térmica 
K (W / m k) 
Area m2 
cobre 395 18.296 
bronce 157 19.005 
admiralty 95.2 19.378 
acero 38.69 20.763 
Cupro 
nickel 702 
22.3 22.514 
 
 
Nota. Estos resultados se obtuvieron del cálculo de un intercambiador de calor; que 
permitió construir la tabla anterior, donde se fue modificando el material del tubo, 
dando diferentes superficies de transferencia de calor requeridas, en función de la 
conductividad térmica del tubo donde se da la transferencia de calor, por 
conducción, a través de la pared de este. 
 
 
 
 
Ma. Del Rosario Dávalos Gutiérrez transferencia de calor, octubre 2020 
 
 
CONTESTAR LAS SIGUIENTES PREGUNTAS Y ENVIARLAS A MI CORREO. 
 
 
 
 
1. La energía puede considerarse como: 
( ) 
a. La capacidad que tiene un cuerpo o sistema para realizar un trabajo. 
b. El calor que se transmite de un fluido caliente a uno frío. 
c. El movimiento de las moléculas. 
d. Lo expresa la primera ley de la termodinámica. 
 
2. Calor es: 
( ) 
a. La energía en movimiento debido a una diferencia de temperaturas. 
b. La energía interna de una sustancia. 
c. El incremento de la entalpía de una sustancia. 
d. La energía en tránsito debido a una diferencia de temperaturas. 
 
3. ¿Qué entiende por temperatura? 
( ) 
a. Grado de excitación de las moléculas. 
b. Potencial térmico que tiene un cuerpo. 
c. Una medida de la actividad molecular. 
d. Es el cambio en la longitud de una columna de mercurio. 
 
4. ¿Qué es gradiente de temperatura? 
( ) 
a. (T – t) 
b. (T - t) 
c. (T1 - T2) / ln (T1/ T2) 
d. dT/de 
 
5. La ley de Fourier puede aplicarse a la transferencia de calor: 
( ) 
a. Por convección natural. 
b. Por convección forzada. 
c. En paredes cilíndricas. 
d. En paredes planas. 
 
6. La ley de Fourier está dada por la expresión: 
( ) 
a. Q = K A dt/de 
b. dQ = - K A dt/dx 
c. Q = -K A dt/dx 
Ma. Del Rosario Dávalos Gutiérrez transferencia de calor, octubre 2020 
 
d. dQ= (a+bt) A dt/de 
 
7. En la ecuación de Fourier está involucrada la: 
( ) 
a. Resistencia convectiva del material. 
b. Coeficiente de difusión térmica. 
c. Conductividad térmica. 
d. El gradiente de temperatura. 
 
8. La conductividad térmica es una propiedad física. 
( ) 
a. Que tiene solamente los materiales sólidos. 
b. Que tienen los sólidos, líquidos y gases. 
c. Los metales. 
d. Que es función de la temperatura. 
 
9. Como influye el valor de la conductividad térmica en la velocidad de 
transferencia de calor por conducción. 
( ) 
a. No tiene efecto 
b. A mayor conductividad menor resistencia al flujo de calor 
c. A menor conductividad menor resistencia al flujo de calor 
d. A mayor conductividad mayor resistencia al flujo de calor 
 
10. Fundamente su decisión anterior: 
 
 
 
 
11. ¿Qué entiende por resistencia térmica conductiva, exprésela con los 
términos o variables involucradas en ella? 
 
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