Calor.
El calor se define como la transferencia de energía térmica que se da entre diferentes cuerpos o
diferentes zonas de un mismo cuerpo que se encuentran a distintas temperaturas,
sin embargo en termodinámica generalmente el término calor significa
transferencia de energía. Este flujo de energía siempre ocurre desde el cuerpo
de mayor temperatura hacia el cuerpo de menor temperatura, ocurriendo la
transferencia hasta que ambos cuerpos se encuentren en equilibrio térmico.
La energía calórica o térmica puede ser transferida
por diferentes mecanismos de transferencia, estos son la radiación, la conducción y la convección, aunque en la
mayoría de los procesos reales todos se encuentran presentes en mayor o menor
grado. Cabe resaltar que los cuerpos no tienen calor, sino energía térmica. La
energía existe en varias formas. En este caso nos enfocamos en el calor, que es
el proceso mediante el cual la energía se puede transferir de un sistema a otro
como resultado de la diferencia de temperatura.
Conducción de calor.
La conducción de calor o transmisión de calor por
conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo
entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde
un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto
con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su
capacidad para conducir el calor es la conductividad térmica. La propiedad
inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la
capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
La transmisión de calor por conducción, entre dos
cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía
interna, que es una combinación de la energía cinética y energía potencial de
sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad
térmica de la materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se
debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido
depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de
los modos de vibración de sus partículas microscópicas (dominante en los
materiales no metálicos).
Para el caso simplificado de flujo de calor
estacionario en una sola dirección, el calor transmitido es proporcional al
área perpendicular al flujo de calor, a la conductividad del material y a la
diferencia de temperatura, y es inversamente proporcional al espesor.
Convección de calor
La convección es una de las tres formas de
transferencia de calor y se caracteriza porque se produce por medio de un
fluido (líquido o gas) que transporta el calor entre zonas con diferentes
temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de
materiales, la evaporación del agua o fluidos. Lo que se llama convección
en sí, es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por
ejemplo: al trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una
cacerola, la que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve
hacia arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende,
ocupando el lugar que dejó la caliente.
La transferencia de calor implica el transporte de
calor en un volumen y la mezcla de elementos macroscópicos de porciones
calientes y frías de un gas o un líquido. Se incluye también el intercambio de
energía entre una superficie sólida y un fluido o por medio de una bomba, un
ventilador u otro dispositivo mecánico (convección mecánica, forzada o
asistida).
En la transferencia de calor libre o natural un
fluido es más caliente o más frío y en contacto con una superficie sólida,
causa una circulación debido a las diferencias de densidades que resultan del
gradiente de temperaturas en el fluido.
Radiación de calor
Es el calor emitido por un cuerpo debido
a su temperatura, en este caso no existe contacto entre los cuerpos, ni
fluidos intermedios que transporten el calor. Simplemente por existir
un cuerpo A (sólido o líquido) a una temperatura mayor que un cuerpo B
existirá una transferencia de calor por radiación de A a B.
Para que este fenómeno se perciba es necesario un cuerpo a una temperatura bastante elevada ya que la transferencia térmica en este caso depende de la diferencia de temperaturas a la cuarta potencia: Ta4-Tb4.
Presión.
La presión es una magnitud física que mide la
proyección de la fuerza en dirección perpendicular por unidad de superficie, y
sirve para caracterizar cómo se aplica una determinada fuerza resultante sobre
una línea. En el Sistema Internacional de Unidades la presión se mide en una
unidad derivada que se denomina pascal que es equivalente a una fuerza total de
un newton actuando uniformemente en un metro cuadrado. En el Sistema Inglés la
presión se mide en libra por pulgada cuadrada (pound per square inch o psi) que
es equivalente a una fuerza total de una libra actuando en una pulgada
cuadrada.
En la Refrigeración.
La refrigeración se basa en la aplicación alternativa de
presión elevada y baja, haciendo circular un fluido en los momentos de presión
por una tubería. Cuando el fluido pasa de presión elevada a baja en el
evaporador, el fluido se enfría y retira el calor de dentro del refrigerador.
Como el fluido se encuentra en un ciclo cerrado, al ser
comprimido por un compresor para elevar su temperatura en el condensador, que
también cambia de estado a líquido a alta presión, nuevamente está listo para
volverse a expandir y a retirar calor (recordemos que el frío no existe es solo
una ausencia de calor).
