Transferencia de Calor

La transferencia de energía se lleva a cabo por las siguientes formas: conducción, convección y radiación. En la conducción la transferencia se produce a partir de poner en contacto dos cuerpos o en uno mismo a diferente temperatura. En la convección, la transferencia involucra dos fluidos a diferente temperatuta, en donde el fluido caliente proporciona temperatura al frio hasta que ambos alcancen la misma temperatura. Finalmente, En la radiación, el fenómeno se lleva a cabo mediante ondas electromágneticas entre dos cuerpos con temperaturas diferentes, en este tipo de transferencia los cuerpos no se encuentran en contacto directo. P. e., en la figura 1, se muestra la radiación de energía emitida por una plancha a su alrededor.

Figura 1. Transferencia de energía por radiación.

Transferencia de energía por conducción (Ley de Fourier).

La ley de Fourier permite llevar a cabo la cuantificación del flux de calor  por conducción, a partir de conocer la distribucción de temperatura en el medio.

Esta ley afirma que hay una proporcionalidad entre el flujo de energía J y el gradiente de temperatura.

En donde k, es una constante característica del material donde se lleva a cabo la conducción de calor, y se denomina conductividad térmica. La conductividad calorífica k es una propiedad que interviene en la mayor parte de los problemas de transmisión de calor. Su importancia en el transporte de energía es análoga a la de la viscosidad en el transporte de cantidad de movimiento.

Esta ecuación es la forma unidimensional de la Ley de Fourier de la conducción de calor,.Establece que la densidad de flujo de calor por conducción es proporcional al gradiente de temperatura, o dicho de una forma más grafica, "el calor se desliza cuesta abajo en la representacibn gráfica de la temperatura frente a la distancia".

Como ejemplo, consideremos un elemento de la barra de longitud dx y sección S. La energía que entra en el elemento de volumen en la unidad de tiempo es JS, y la que sale es J’S. La energía del elemento cambia, en la unidad de tiempo, en una cantidad igual a la diferencia entre el flujo entrante y el flujo saliente.

Figura 2. Perfil de temperatura en un elemento de una barra.

Esta energía, se emplea en cambiar la temperatura del elemento. La cantidad de energía absorbida o cedida (en la unidad de tiempo) por el elemento es igual al producto de la masa de dicho elemento por el calor específico y por la variación de temperatura.