2.3 TRANSFERENCIA DE CALOR CON CAMBIO DE FASE.docx

TRANSFERENCIA DE CALOR

El calor se transfiere, o se transmite, de cosas más calientes a cosas más frías. Si están en contacto varios objetos con temperaturas distintas, los que están más calientes se enfrían y los que están más fríos se calientan. Tienden a alcanzar una temperatura común. Esta igualacin de temperaturas se lleva a cabo de tres maneras! por conduccin, conveccin y radiacin radiacin..

CAMBIO DE FASE

Es frecue frecuente nte que una sustan sustancia cia e"peri e"perimen mente te un cambio cambio de temper temperatu atura ra cuando cuando se transfiere energía entre ella y su entorno. #ay situaciones, sin embargo, en las que la transferencia de energía no resulta en un cambio de temperatura. $ste es el caso siempre que las características físicas de la sustancia cambien de una forma a la otra% a este cambio se conoce comúnmente como cambio de fase. &os cambios de fase comunes son de solido a líquido 'fusin ' fusin(( y de líquido a gas gas 'ebullicin(.  'ebullicin(. Todos estos cambios de fase corresponden a un cambio en energía interna, pero ningún cambio en temperatura. )a cantidad de energía transferida durante un cambio de fase depende de la cantidad de sustancia de que se trate. Si la cantidad * de transferencia de energía se necesita para cambia cambiarr de fase fase de una masa masa m de una sustan sustancia cia,, la razn razn )+*m )+*m caract caracteri eriza za una importante propiedad propiedad t-rmica  t-rmica de esa sustancia. &ebido a que esta energía agregada o eliminada no resulta en un cambio de temperatura, la cantidad ) se denomina calor  latent latente e 'calo 'calorr oculto oculto(( de la sustan sustancia cia.. El valor  valor de de ) para para una sustan sustancia cia depend depende e se la naturaleza naturaleza del  del cambio de fase, así como de las propiedades de la sustancia. &e la defi definic nici in n de calor calor late latent nte, e, y de nuev nuevo o sele selecc ccio iona nand ndo o el calo calorr como como nues nuestr tro o mecanismo de transferencia de energía, encontramos que la energía necesaria para cambiar la fase de una masa m dada se una sustancia pura es

)a transferencia de calor con un cambio de fase en un medio liquido / vapor 'ebullicin o condensacin( o en un medio solido / liquido 'fusin o congelacin( es muy efectiva debido a que el acomodo de calor latente idealmente no requiere una diferencia de temperatura. )as aplicaciones convencionales más comunes se encuentran en la caldera y en el condensador de una planta de generacin de electricidad de vapor, en la fabricacin de 0ielo y en la fundicin de metales en manufactura. )os procesos de transferencia de calor en ebullicin, condensacin, fusin y congelacin son muc0o más complejos que los correspondientes en conduccin y condensacin de una fase. 1on frecuencia es difícil modelar estos procesos matemáticamente y por tanto se requiere una e"perimentacin sustancial para predecir el intercambio de energía.

CAMBIO DE FASE Y CALOR LATENTE

1uando se suministra calor al 0ielo a 2 o1, la temperatura del 0ielo no se modifica, en su lugar el 0ielo se funde. Este es un ejemplo de cambio de fase. )as formas más corrientes de cambios de fase incluyen la solidificacin 'líquido a solido(, la fusin 'solido a liquido(, la vaporizacin 'líquido a vapor o gas(, la condensacin 'gas o vapor a liquido( y la sublimacin 'solido directamente a gas, como ocurre con el di"ido de carbono solido o 0ielo seco(. El 0ec0o de que una temperatura permanezca constante durante un cambio de fase puede entenderse en funcin de la teoría molecular. )as mol-culas de un líquido están muy pr"imas unas de otras y ejercen fuerzas atractivas entre sí, mientras que las mol-culas de un gas están muy separadas. 1onvertir una sustancia de líquido a vapor  requiere la energía necesaria para vencer la atraccin intermolecular del líquido. 1onsideremos una olla de agua colocada sobre la llama de la estufa, al principio a medida que el agua se calienta, el movimiento se sus mol-culas aumenta y la temperatura sube. 1uando la temperatura alcanza el punto de ebullicin las mol-culas no pueden ya aumentar su energía cin-tica y permanecen en el líquido. 1uando el agua líquida se vaporiza, el calor a3adido se emplea en vender las fuerzas atractivas entre las mol-culas, que se separan cada vez más en la fase gaseosa. )a energía suministrada al líquido para vaporizarlo incrementa incrementan de este modo la energía potencial de las mol-culas, pero no su energía cin-tica. 1omo la temperatura es una medida de energía cin-tica media de traslacin de las mol-culas, la temperatura permanece constante durante el cambio de fase. En una sustancia pura, un cambio de fase a una presin dada tiene lugar solo a una temperatura determinada. 4or ejemplo, el agua pura a una presin de 5 atm pasa de solido a líquido o 2 o1 y de líquido a gas a 522 o1. El calor necesario para fundir una sustancia de masa m sin cambiar su temperatura es proporcional a la masa de la sustancia! *f  + m )f  En donde )f  se denomina calor latente de fusin de la sustancia. 6 una presin de 5 atm, el calor latente de fusin del agua es 777.8 9:9g + ;< 9cal9g. 1uando el cambio de fase corresponde al paso de líquido a gas, el calor requerido es *v + m)v En donde )v es el calor latente de vaporizacin. En el caso del agua a ua presin de 5 atm, el calor latente de vaporizacin es =.=> ?:9g.