BFDE_U2_EA_JEMP

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Universidad Abierta y a Distancia 
de México 
División de Ciencias de la Salud, 
Biológicas y Ambientales 
Ingeniería en Biotecnología 
 
Fenómenos de transporte 
 
 
Unidad 1 
Evidencia de aprendizaje 
Transferencia de calor 
 
Jessica Verónica Mendoza Prado 
ES202104539 
 Grupo BI-BBFDE-2301-B2-002 
 
17 de mayo de 2023 
 
Práctica 1 
 
Ilustración 1 Fase inicial del experimento. 
 
Ilustración 2 Fase final del experimento. Se incluye el gráfico de resultados. 
Resumen 
El anterior ejercicio pretende explicar de forma gráfica el cuestionamiento de flujo de temperatura 
según la diferencia de temperatura entre dos objetos, siendo la pregunta de investigación si a 
mayor temperatura es mayor el flujo de calor. Se presentan dos casos, siendo el primero sobre 
la conducción de un objeto a 100°C y 0°C y el segundo entre un objeto a 50°C y el segundo a 
0°C. Al reproducir la animación, podemos ver como el segundo objeto va ganando calor a través 
del tiempo, hasta llegar a un punto de equilibrio con el primero donde alcanza la misma 
temperatura. 
Objetivos 
General 
Ejecutar la animación y observar la transferencia de calor entre cuatro objetos a temperaturas 
distintas. 
Específico 
Determinar si la transferencia de calor es mayor a una diferencia de temperatura mayor. 
Marco teórico 
La ley de Fourier, también conocida como la ley de conducción térmica de Fourier, establece que 
la cantidad de calor que fluye a través de un material es directamente proporcional al gradiente 
de temperatura a través del material y a la conductividad térmica del material. Esta ley es 
importante para entender cómo el calor se transfiere en diversos procesos, incluyendo la 
transferencia de calor en sistemas de refrigeración y calefacción, y la conducción de calor en 
materiales. 
 
La ley de Fourier se puede expresar matemáticamente como: 
 
q = -kA (dT/dx) 
 
Donde: 
- q es la tasa de transferencia de calor a través del material (en unidades de energía por unidad 
de tiempo) 
- k es la conductividad térmica del material (en unidades de energía por unidad de tiempo, 
distancia y grado de temperatura) 
- A es el área de la sección transversal del material a través del cual fluye el calor (en unidades 
de distancia al cuadrado) 
- dT/dx es el gradiente de temperatura a través del material (en unidades de grado de temperatura 
por unidad de distancia) 
Resultados 
Tras la ejecución de la animación pudimos observar lo siguiente: 
Caso Resultados 
Objeto 100°C-0°C La pendiente de intercambio de calor es más 
pronunciada, por lo que podemos determinar 
que el intercambio de calor ocurre a mayor 
velocidad. 
Objeto 50°C-0°C La pendiente de intercambio de calor es 
menos pronunciada en comparación de la 
primera, lo que nos dice que el intercambio de 
calor ocurre a menor velocidad. 
 
Conclusión 
Tras ejecutar la animación y observar el grafico generado por el experimento, podemos decir que 
el intercambio de calor ocurre a mayor velocidad si la diferencia de temperatura entre dos objetos 
es mayor. 
Práctica 2 
 
Ilustración 3Fase inicial de la practica 2, donde las resistencias están en estrecho calor y las 
líneas de transferencia son lineales, con un paso rápido de la temperatura. 
 
Ilustración 4 Fase final del experimento, donde las líneas de calor permanecen rectas y se ha 
alcanzado el punto de equilibrio entre ambos objetos. 
 
Ilustración 5Cambio en la disposición de las resistencias, donde existe variabilidad en la 
trayectoria de las líneas de calor y el calor pasa de forma menos eficiente. 
Resumen 
El ejercicio pretende realizar el análisis de que ocurre con las líneas de flujo de calor si las 
resistencias colocadas entre el objeto 1 que se encuentra a 50°C y el objeto 2 que se encuentra 
a 0°C son cambiadas de posición, permitiendo observar también el efecto sobre la velocidad de 
transferencia de calor. 
Objetivos 
General 
Ejecutar el experimento con dos objetos a diferentes temperaturas y cuatro resistencias 
colocadas entre ambos objetos. 
 Específico 
Determinar si la posición de las resistencias tiene efecto sobre las líneas de flujo de calor y por 
qué. 
Marco teórico 
El comportamiento de las líneas de calor se explica mediante los siguientes principios: 
1. La Primera Ley de la Termodinámica: Este principio establece que la energía no se crea ni se 
destruye, sino que se transforma de una forma a otra. En el caso de la transferencia de calor, la 
energía térmica se transfiere de un objeto a otro, pero la cantidad total de energía en el sistema 
permanece constante. 
2. La Segunda Ley de la Termodinámica: Este principio establece que la entropía, o el grado de 
desorden en un sistema, siempre aumenta con el tiempo. En el caso de la transferencia de calor, 
el calor siempre fluye de una región de alta temperatura a una de baja temperatura, lo que 
aumenta la entropía del sistema. 
3. La Ley de Fourier: Esta ley establece que la cantidad de calor que fluye a través de un material 
es directamente proporcional al gradiente de temperatura a través del material y a la 
conductividad térmica del material. 
4. La Ley de Stefan-Boltzmann: Esta ley establece que la cantidad de calor que se irradia por 
unidad de tiempo y por unidad de superficie es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura 
absoluta. 
El comportamiento de las líneas de calor se explica por medio de los principios de la 
termodinámica y la transferencia de calor, que establecen cómo la energía térmica se transfiere 
de un objeto a otro y cómo se distribuye a lo largo del espacio. Estos principios nos permiten 
comprender y predecir la dirección y densidad del flujo de calor y cómo se distribuye la energía 
térmica a lo largo de los materiales y el espacio. 
Resultados 
Pudimos apreciar en la realización del experimento que la variación de la posición de las 
resistencias tiene un efecto directo sobre el comportamiento de las líneas de calor, que pasaba 
de una conformación lineal a una conformación altamente variable en función de la posición 
adoptada por las resistencias. Apreciamos también que disminuía la velocidad de transferencia 
de calor al disminuir el área en contacto entre estas al cambiar la posición, por lo que el área 
donde podía realizarse la conducción era menor. 
Conclusión 
Es necesario el contacto adecuado entre las resistencias si se pretende que el calor pase de 
forma uniforme y eficiente de un objeto a otro, mientras que si se busca que el calor pase con 
menor velocidad a través del sistema es necesaria una configuración que reduzca el área en 
contacto entra el objeto de mayor calor y el de menor calor. 
Práctica 3 
 
Ilustración 6 Demostración de la tercera práctica, donde una cuchara de metal y una cuchara de madera son introducidas en un 
medio a 100°C 
 
Ilustración 7 Después de un periodo de tiempo, podemos observar que la cuchara de metal ha aceptado mayor calor que la cuchara 
de madera, con una diferencia de temperatura considerable. 
 
Ilustración 8 El gráfico nos permite apreciar que no solo la transferencia de calor fue más rápida en la tasa de metal, sino que la 
temperatura a través del tiempo es mayor que la de la cuchara de madera. 
Resumen 
Esta práctica dispone de dos cucharas de distintos materiales introducidos en un medio a 100°C con una 
diferencia de calor entre la cuchara considerable. Pretende crear una reflexión sobre la influencia del 
material de que se compone la cuchara sobre la velocidad de transferencia. 
Objetivos 
General 
Realizar la práctica en que una cuchara de metal y una de madera son introducidas en un medio a 100°C 
Específico 
Determinar si el material de la cuchara influye en la temperatura de la misma a través del tiempo. 
Marco teórico 
El calor específico es una propiedad física que indica la cantidad de energía térmica que se necesita para 
aumentar la temperatura de una cantidaddeterminada de material en una cantidad específica. En otras 
palabras, es la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado Celsius (o Kelvin) la temperatura 
de una unidad de masa de una sustancia. 
 
El calor específico se representa por la letra "c" y su unidad de medida es J/(kg) en el Sistema 
Internacional de Unidades (SI). 
 
El cálculo del calor específico se puede realizar utilizando la siguiente fórmula: 
 
c = Q/(mΔT) 
 
donde: 
 
- "c" es el calor específico (J/(kg·K)) 
- "Q" es la cantidad de calor transferida a un objeto (J) 
- "m" es la masa del objeto (kg) 
- "ΔT" es el cambio en la temperatura del objeto (en grados Celsius o Kelvin) 
 
Para calcular el calor específico de un objeto, se debe medir la cantidad de calor transferida (Q), la masa 
del objeto (m) y la variación de temperatura (ΔT) que experimenta el objeto. Luego, se puede aplicar la 
fórmula anterior para obtener el valor del calor específico. 
 
Es importante tener en cuenta que el calor específico varía según la sustancia y su estado físico, y puede 
cambiar con la temperatura. Por ejemplo, el calor específico del agua es de aproximadamente 4.18 
J/(g·K), mientras que el calor específico del hierro es de aproximadamente 0.45 J/(g·K). 
Resultados 
La velocidad de transferencia de calor fue mayor en la cuchara de metal como podemos ver en el gráfico, 
no solo llegando a un punto de equilibrio más rápido, sino que también condujo el calor hacia la mano 
del experimentador. Por otro lado, la temperatura de la cuchara de madera cambio poco en su sección 
distal manteniéndose constante en mayor parte del experimento, sin llegar a un punto de equilibrio. 
Conclusión 
La practica anterior me ayudo a comprender de forma visual e interactiva como el paso de calor a través 
de dos objetos por conducción varía en función de la conformación del sistema, así como de las 
características propias de los objetos, su temperatura inicial y su posición. 
Referencias 
Charles Xie, Interactive Heat Transfer Simulations for Everyone, The Physics Teacher, Volume 
50, Issue 4, pp. 237-240, 2012. 
Franco, A. (2015) La conducción del calor: Ley de Fourier. Curso interactivo de física en internet. 
Recuperado de 
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/transporte/cond_calor/conduccion/conduccion.html 
Química.es (2023) Calor específico. Química.es Recuperado de 
https://www.quimica.es/enciclopedia/Calor_espec%C3%ADfico.html 
S.n. (2018) Mecanismos de transferencia de calor. Repositorio institucional 
de la universidad de Alicante Recuperado de 
https://rua.ua.es/dspace/bitstream/10045/34475/1/Mecanismos%20de%20transmisi%C3%B3n
%20de%20calor%20%28CONDUCCION%2C%20CONVECCION%2C%20RADIACION%29.pdf 
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/transporte/cond_calor/conduccion/conduccion.html