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TERMODINÁMICA
SESIÓN 7
• Transferencia de Calor
• Equipos y sistemas de transferencia de calor,
calentamiento y enfriamiento sin y con cambio 
de fase.
• Ley, equipos industriales
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
En muchos casos al tocar un cuerpo caliente nos 
quemamos debido al calor que recibimos; pero, 
también nos damos cuenta de que en algunos casos 
no es necesario entrar en contacto con el cuerpo 
caliente para recibir calor.
En la naturaleza existen tres formas de transferir 
calor. Estas son:
• Conducción.
• Convección.
• Radiación.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
• CONDUCCIÓN: Se entiende por conducción a la 
transmisión de energía interna (calor) de la zona caliente del 
cuerpo hacia la zona fría que se debe a la interacción 
molecular. Las moléculas de la zona caliente se mueven con 
mayor rapidez y al chocar con las moléculas de las zonas frías, 
de menor rapidez, le transfieren parte de su energía.
Por ejemplo, consideremos una barra metálica calentada por un 
extremo.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Los metales son buenos conductores del calor, la 
teoría moderna considera que los metales 
tienen un gran numero de electrones libres, los 
cuales son los principales responsables de la 
conducción del calor por los metales. Los no 
metales, por ejemplo la madera y el vidrio, 
tienen pocos electrones libres y son malos 
conductores del calor. Un mal conductor del 
calor es denominado aislante térmico.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
LEY DE FOURIER: Consideremos un material, cuyos 
extremos se encuentran en contacto con fuentes de 
temperaturas fijas (𝑇𝐴 > 𝑇𝐵).
Se a establecido por diversos experimentos que la rapidez 
con la que fluye el calor (
Δ𝑄
Δ𝑡
) a través de una sustancia 
depende de la diferencia de temperaturas entre sus limites, 
del tamaño y forma del objeto.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
En nuestro caso se puede observar que el flujo de calor 
depende en forma directamente proporcional del área de 
la sección transversal del material y en forma 
inversamente proporcional del espesor del material.
Δ𝑄
Δ𝑡
=
𝐾𝐴Δ𝑇
𝑑
Unidad: J/s; cal/s.
La constante K se denomina conductividad térmica y 
caracteriza la capacidad conductora del calor de un 
material. Mientras mayor sea el valor de K para un 
material, mejor conducirá el calor.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
• CONVECCIÓN: En la conducción la energía se desplaza de 
molécula a molécula pero las moléculas de la sustancia no se 
desplazan. Otra manera de transferir energía(calor) es que las 
moléculas (la sustancia) se desplacen; esta forma es 
denominada convección, y es consecuencia de la movilidad de 
las moléculas del fluido. Por ejemplo, consideremos un 
recipiente con agua colocado sobre la estufa.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
La capa de agua del fondo recibe calor y aumenta su 
temperatura, al aumentar esta, disminuye la densidad de 
la capa, entonces el agua que corresponde a esta capa 
asciende, para ser remplazada por agua mas fría y mas 
densa, proveniente de la parte superior. El proceso 
continua, con una circulación continua de masa de agua 
caliente hacia arriba y masas de agua fría hacia abajo, 
movimientos que se denominan corrientes convectivas. 
Asi el calor se va distribuyendo por convección a toda la 
masa del liquido, mediante el movimiento de traslación 
del propio liquido.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
• RADIACIÓN: En la conducción y la convección se necesita 
de un material como medio de transporte del calor. La tercera 
forma de transferencia de calor no requiere ningún medio y 
se denomina radiación.
La radiación es la transferencia de energía por ondas 
electromagnéticas.
La luz visible y otras formas de radiación electromagnética se 
denomina generalmente energía radiante.
Por ejemplo, el termómetro en cercanía de la capsula de vacío, 
indica un aumento de temperatura debido a la energía radiante 
(ondas de calor) emitida por el foco.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Problemas 1: En la figura, se muestra dos barras de 
secciones transversales A y A en contacto con fuentes de 
temperaturas constantes (𝑇𝐴 𝑌 𝑇𝐵).
Determine la rapidez con la que se transfiere calor de una fuente 
a otra. Considere que el calor fluye en forma constante (régimen 
estacionario) 𝐾1𝑦 𝐾2; conductividad térmica de las barras.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Problema 2: Indique las proposiciones 
verdaderas (V) o falsa (F) según corresponda.
I. El aire es un buen conductor del calor.
II. Si toca un trozo de metal y un trozo de 
madera cercano a usted el metal esta más 
frío.
III. El agua y los copos de nieve son buenos 
aislantes.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Problema 3: En la figura mostrada, qué forma de 
transferencia de calor hace que las manos de un joven A y B 
sientan calor.
Para el joven A.
Las capas de aire al ser calentadas disminuyen su densidad y 
ascienden siendo reemplazadas por las capas frías que se 
encuentran en la parte superior las que descienden, dando 
origen a las corrientes de convección.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Para el joven B:
Al joven B no le llega calor por convección, el aire caliente fluye 
hacia arriba; tampoco por conducción. El aire es un mal 
conductor, entonces el joven B recibe calor por radicación.
FORMAS DE TRANSFERENCIA DE 
CALOR
Problema 4: En la figura, se muestra el 
calentamiento de agua por la parte superior de 
la probeta. Indique las proposiciones falsas (F) y 
verdaderas (V).
CAMBIO DE FASE
Por ser la sustancia más importante, estudiaremos los 
cambios de fase del agua.
A partir de los experimentos, se ha podido confirmar lo 
siguiente: si a un bloque de hielo a -18 ⁰C se le empieza a 
transferir calor, el hielo, va aumentando su temperatura a -
15⁰C, -10⁰C,-3⁰C
sin derretirse y si le sigue suministrando calor, su temperatura 
sigue aumentando hasta 0⁰C.
Estando a esta temperatura, al seguir dándole calor, se 
observa que su temperatura ya no aumenta, se mantiene en 
0⁰C, pero se aprecia que empieza a derretirse y si seguimos 
dando calor se derrite todo el hielo quedando a 0⁰C. al agua 
que se obtiene si se le entrega calor empieza a aumentar su 
temperatura. Todo descrito ocurre a la presión constante de 
una atmosfera.
CAMBIO DE FASE
Fusión del agua: Se a determinado en forma 
experimental que para fusionar 1g de hielo a la presión de 1 
atmosfera, este debe encontrarse a 0⁰C y se le debe de 
suministrar 79,71cal (se aproxima a 80cal) de energía (calor). En 
el grafico el hielo se derrite completamente.
CAMBIO DE FASE
En el proceso la temperatura no cambia, entonces bajo las 
mismas condiciones para fusionar 2g de hielo se requiere 
aproximadamente 160cal.
Solidificación del agua: Cuando al agua se le va disminuyendo su 
temperatura hasta llegar a 0 ⁰C, se dice que está lista para ser 
solidificada, para ello hay que hacerle perder energía (calor), 
para solidificar un gramo se ha establecido que es 70.71cal.
CAMBIO DE FASE
La cantidad de calor que debe perder (liberar) el gramo 
de agua para que sea sólido se obtuvo de la experiencia, 
igual que en el caso anterior, su valor se redondea a 80 
cal.
Vaporización del agua: Este cambio de fase del agua se 
puede llevar a cabo por ebullición o por evaporación.
Para que el agua se pueda evaporizar, por 
ebullición(hervir), al agua hay que llevarla hasta la 
temperatura de 100 ⁰C (1 atm) y esta lista para la 
vaporización, enseguida hay que suminístrale 
energía(calor). Por ejemplo para un gramos se a podido 
obtener de los experimentos que se le debe suministrar 
539.55cal.
CAMBIO DE FASE
Aquí también podemos plantear un redondeo para el 
valor que se tiene, es decir, para cada gramo de agua a 
100 ⁰C que se requiera vaporizar se debe suministrar 
540cal.
CAMBIO DE FASE
Condensación del agua: proceso inverso al caso 
anterior, para que el vapor de agua se pueda 
transformar en agua, debe de estar a la 
temperatura de 100 ⁰C (1 atm), en estas 
condiciones está listo para la condensación;enseguida hay que hacerle perder energía 
(calor). En caso de querer condensar un gramo 
de agua se tiene que quitar 539.55 cal.
CAMBIO DE FASE
Como en todos los casos, la cantidad de calor 
que provoca el cambio de fase lo redondeamos 
a 540cal. Por ello, podemos plantear que por 
cada gramo de agua a 100 ⁰C que se desea 
condensar se debe quitar 540cal.
CAMBIO DE FASE
Calor latente: Es la cantidad de calor que se le debe 
absorber o liberar un gramo de una determinada 
sustancia (saturada) para que cambie de fase.
𝑄𝐿 = 𝑚𝐿
L: es el calor latente de una sustancia para el 
cambio de fase especifico(L=80cal/g).
Calor de vaporización: Es la cantidad de calor que 
se le debe dar para que un gramo de una sustancia 
liquida cambie de fase.
𝑄𝑣 = 𝑚𝐿
CAMBIO DE FASE
Ejemplo 1: Se tiene 200g de hierro a 1535 ⁰C, 
siendo su calor latente de fusión de 5.5cal/g. 
¿Cuánto calor se requiere para fusionarlo 
completamente?(𝑇𝐹 = 1535⁰C).
Ejemplo 2: En un vaso se tiene 150g de alcohol 
etílico a 78 ⁰C. ¿Cuánta energía se le debe 
transmitir para vaporizarlo completamente?
CAMBIO DE FASE
Ejemplo 3: Un cubito de hielo de 30g está a -40
⁰C, si se le quiere transformar en agua a la 
temperatura de 50 ⁰C, ¿Cuánto es la cantidad de 
calor que se requiere?
Ejemplo 4: En un recipiente se tiene 10g de 
hielo a -20 ⁰C, si se le suministra una cantidad de 
calor igual a 500cal, ¿cuánto de hielo se podrá 
derretir?
CAMBIO DE FASE
Ejemplo 5: En un recipiente hay 50g de agua a 
20 ⁰C. Si el agua logra absorber 20.2kcal ¿Cuánto 
de vapor se obtiene?