Instituto Tecnológico del Valle de Etla

Nombre
Lizette Yudiani Urbieta Matus

21770080

Asesor:
M. en C. Caleb Juárez Reyes

El espinal, Oaxaca, México. Jueves 31 de agosto

2023
 ÍNDICE

INTRODUCCIÓN 3

1.CONDUCCION EN ESTADO ESTABLE Y TRANSISTORIO 4

1.1 MECANISMO FISICO DE LA CONDUCCION 4

1.2 CONDUCTIVIDAD TERMICA 5

1.3 ECUACION DE CONDUCCION DE CALOR 7

CONCLUSIONES 9

REFERENCIAS 10

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INTRODUCCION

El calor es una forma de energía, pero es energía en transitorio. El calor no es una propiedad de
un sistema. Sin embargo, la transferencia de energía como calor ocurre a nivel molecular como
resultado de una diferencia de temperatura

En general, cuando dos objetos se ponen en contacto térmico, el calor fluirá entre ellos hasta que
se equilibren entre sí. Cuando existe una diferencia de temperatura, el calor fluye
espontáneamente del sistema más cálido al sistema más frio.

Además, como con el trabajo, es importante distinguir entre el calor agregado a un sistema de su
entorno y el calor eliminado de un sistema a su entorno. Finalmente, el calor es la cantidad de
energía que fluye de un cuerpo a otro de forma espontánea debido a su diferencia de temperatura.

Debe agregarse, cuando existe una diferencia de temperatura, el calor fluye espontáneamente
del sistema más cálido al sistema más frío. Por lo tanto, si un cubo de acero de 5 kg a 100 ° C se
pone en contacto con un cubo de acero de 500 kg a 20 ° C, el calor fluye desde el cubo a 300 °
C al cubo a 20 ° C, aunque la energía interna del cubo de 20 ° C es mucho mayor porque hay
mucho más.

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1.Conducción en estado estable y transitorio

Se habla de conducción de calor estacionaria cuando el transporte de calor se mantiene de

manera duradera y homogénea mediante el suministro de calor. En la conducción de calor no
estacionaria, la distribución de la temperatura en el cuerpo depende del lugar y del tiempo.

La conductividad térmica λ es la propiedad dependiente de la temperatura de un material que

indica qué tan bien se distribuye el calor desde un punto en el material.

La transferencia de calor a régimen transitorio se puede presentar en ingeniería de calor ya sea

en conducción, convección o radiación. Generalmente se presenta esta condición cuando se
comienza a calentar o enfriar un equipo o un cuerpo.

1.1 Mecanismo físico de la conducción

La transferencia de energía como calor siempre se produce del medio que tiene la temperatura
más elevada hacia el de temperatura más baja, y la transferencia de calor se detiene cuando los
dos medios alcanzan la misma temperatura.

El mecanismo de transferencia del calor por conducción se basa en el movimiento de los átomos.
Al subir la temperatura, los átomos se mueven más rápido y también empujan a los átomos
vecinos, transfiriéndoles calor.

La conducción es la transferencia de energía de las partículas más energética de una sustancia

hacia las adyacentes menos energéticas, como resultado de interacciones entre esas partículas.
La conducción puede tener lugar en los sólidos, líquidos o gases. En los gases y líquidos la
conducción se debe a las colisiones y a la difusión de las moléculas durante su movimiento
aleatorio. En los sólidos se debe a la combinación de las vibraciones de las moléculas en una
retícula y al transporte de energía por parte de los electrones libres. Por ejemplo, llegará el
momento en que una bebida enlatada fría en un cuarto cálido se caliente hasta la temperatura
ambiente como resultado de la transferencia de calor por conducción, del cuarto hacia la bebida,
a través del aluminio.

Los experimentos han demostrado que la razón de la transferencia de calor, Q, a través de la

pared se duplica cuando se duplica la diferencia de temperatura T de uno a otro lado de ella, o
bien, se duplica el área A perpendicular a la dirección de la transferencia de calor; pero se reduce
a la mitad cuando se duplica el espesor L de la pared. Por lo tanto, se concluye que la razón de

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la conducción de calor a través de una capa plana es proporcional a la diferencia de temperatura
a través de ésta y al área de transferencia de calor, pero es inversamente proporcional al espesor
de esa capa; es decir,

Razón de conducción del calor (Área)(Diferencia de temperatura)/ Espesor

Ejemplos de conducción del calor

• Sartén de hierro fundido sobre una hornilla encendida: el calor de la hornilla calienta
la sartén que conduce el calor al resto de la sartén y los contenidos dentro de la misma.

• Hielo derretido en la mano: si colocamos un hielo en la mano, este se derrite debido a

la conducción del calor corporal.

• Los pies calientes en la arena: en un día caluroso en la playa, si caminamos por la arena
caliente con los pies descalzos, al rato sentiremos que nos quemamos por la conducción
del calor de la arena a nuestros pies.

• La taza de café caliente: al verter café caliente (u otra bebida caliente) en una taza, con
el tiempo sentiremos el calor en nuestras manos. Por eso las tazas tienen un asa para
que podamos agarrarla sin quemarnos.

• El planchado de la ropa: la plancha que se usa para quitar las arrugas de la ropa se
calienta y al entrar en contacto con la ropa, conduce el calor.

• El termómetro: este instrumento sirve para medir la temperatura porque recibe

1.2 Conductividad térmica.

la conductividad térmica k es una medida de la capacidad de un material para conducir calor. Por
ejemplo, k =0.607 W/m · °C, para el agua, y k =80.2 W/m ·°C, para el hierro, a la temperatura
ambiente, indican que el hierro conduce el calor más de 100 veces más rápido que el agua. Por
lo tanto, se dice que el agua es mala conductora del calor en relación con el hierro, aun cuando
el agua es un medio excelente para almacenar energía térmica.

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Por lo tanto, la conductividad térmica de un material se puede definir como la razón de
transferencia de calor a través de un espesor unitario del material por unidad de área por unidad
de diferencia de temperatura. La conductividad térmica de un material es una medida de la
capacidad del material para conducir calor.

Se puede calentar una capa de material de espesor y área conocidos, desde uno de sus lados,
por medio de un calentador de resistencia eléctrica de potencia conocida. Si las superficies
exteriores del calentador están bien aisladas, todo el calor generado por la resistencia se
transferirá a través del material cuya conductividad se va a determinar.

Las conductividades térmicas de los gases varían en un factor de 104 con respecto a las de los
metales puros como el cobre. Note que los cristales y metales puros tienen las conductividades
térmicas más elevadas, y los gases y los materiales aislantes, las más bajas.

La temperatura es una medida de las energías cinéticas de las partículas, como las moléculas o
los átomos de una sustancia. En un líquido o gas, la energía cinética de las moléculas se debe a
su movimiento aleatorio de traslación, así como a sus movimientos de vibración y rotación.
Cuando chocan dos moléculas que poseen energías cinéticas diferentes, parte de la energía
cinética de la molécula más energética (la de temperatura más elevada) se transfiere a la menos
energética (la de temperatura más baja), de manera muy semejante a cuando chocan dos bolas
elásticas de la misma masa a diferentes velocidades, parte de la energía cinética de la bola más
rápida se transfiere a la más lenta. Entre más alta es la temperatura, más rápido se mueven las
moléculas, mayor es el número de las colisiones y mejor es la transferencia de calor.

Las conductividades térmicas de los líquidos suelen encontrarse entre las de los sólidos y las de
los gases. Normalmente, la conductividad térmica de una sustancia alcanza su valor máximo en
la fase sólida y el mínimo en la fase gaseosa. A diferencia de los gases, las conductividades
térmicas de la mayor parte de los líquidos decrecen al incrementarse la temperatura,
constituyendo el agua una notable excepción. Como en caso de los gases, la conductividad de
los líquidos disminuye al aumentar la masa molar.

Los metales líquidos como el mercurio y el sodio presentan conductividades térmicas elevadas y
resultan muy apropiados para usarse cuando se desea una gran razón de transferencia de calor
hacia un líquido, como en las plantas nucleares de generación eléctrica.

En los sólidos la conducción del calor se debe a dos efectos: las ondas reticulares de vibración
inducidas por los movimientos de vibración de las moléculas, colocadas en posiciones más o

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menos fijas de una manera periódica conocida como red cristalina, y la energía transportada por
medio del flujo libre de electrones en el sólido

Los metales puros tienen altas conductividades térmicas y se pensaría que las aleaciones
metálicas también deben tener altas conductividades. Se esperaría que una aleación de dos
metales con conductividades térmicas k1 y k2 tenga una conductividad k entre k1 y k2. Pero no
es así. La conductividad térmica de una aleación de dos metales suele ser mucho más baja que
la de cualquiera de ellos.

La teoría cinética de los gases predice, y los experimentos lo confirman, que la conductividad
térmica de los gases es proporcional a la raíz cuadrada de la temperatura termodinámica T e
inversamente proporcional a la raíz cuadrada de la masa molar M. Por lo tanto, la conductividad
térmica de un gas crece al aumentar la temperatura y al disminuir la masa molar. De modo que
no es sorprendente que la conductividad térmica del helio (M 4) sea mucho más elevada que la
del aire (M 29) y la del argón (M 40).

1.3 Ecuación de conducción de calor.

La ecuación de conducción de calor es una ecuación diferencial parcial que describe la distribución
de calor (o el campo de temperatura) en un cuerpo dado a lo largo del tiempo. El conocimiento detallado
del campo de temperatura es muy importante en la conducción térmica a través de materiales. Una vez
que se conoce esta distribución de temperatura, el flujo de calor de conducción en cualquier punto del
material o en su superficie puede calcularse a partir de la ley de Fourier.

La ecuación que describe la conducción térmica se conoce como ley de Fourier, en este caso el campo Ψ
es la temperatura T, y el coeficiente α=K/(pc), donde K, es la conductividad térmica, ρ la densidad, y c es
el calor específico del material. La conducción del calor se establece siempre que exista un gradiente o
diferencia de temperaturas entre dos puntos de una barra metálica.

Se estudia cada uno de los fenómenos en dos partes:

• Se calcula la solución de la ecuación diferencial que gobierna el proceso.

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 • Se simulan los fenómenos a partir de mecanismos básicos simples. La simulación nos permitirá
explicar las facetas esenciales de la descripción matemática del fenómeno en cuestión.

Se considera un fenómeno que consiste en la propagación de calor entre dos cuerpos o partes de un mismo
cuerpo a diferente temperatura. La ecuación de unidimensional de conducción de calor para pared plana,
cilindros y esfera se puede escribir de forma compacta de la siguiente manera

Donde n=0 para una pared plana, n=1 para un cilindro y n=2 para una esfera, en el caso de una pared
plana se acostumbra a reemplazar la r por una x. Esta ecuación se puede simplificar para los casos de
estado estable o sin generación de calor

k= conductividad térmica

ρ= densidad

C= calor especifico

T= temperatura

T= tiempo

ġ= velocidad de generación de calor en el interior del elemento

Ecuación para coordenadas rectangulares:

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CONCLUSION

En conclusión la conducción térmica se da en diferente forma para los diversos estados de la materia,
primero tenemos el estado sólido en el que los materiales puros ya sea la plata son excelentes conductores
de calor puesto que su estructura molecular así lo permite, está el diamante que es el mejor conductor de
calor a temperatura ambiente.

Están los líquidos que no son buenos conductores de calor, pero a diferencia de los metales son excelentes
absorbentes del mismo, así como los gases que son aislantes, necesitando de temperaturas muy elevadas
para poder conducir calor. Cada uno de estos temas llegan hacer muy útiles para la carrera de energías
renovables ya que se basa en buscar materiales que ayuden ala reducción de gases producidos por el
calor.

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REFERENCIAS

Cengel, Y. A., & Ghajar, A. J. (2011). Transferencia de calor y masa Fundamentos y aplicaciones . Mc Graw
Hill..

La conducción del calor. Ley de Fourier. (s. f.).

http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica_/transporte/cond_calor/conduccion/conduccion.html

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