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SISTEMAS DE CALEFACCIÓN

Si quieres seguir aprendiendo más sobre este tema busca la infografía sobre sistemas de calefacción en esta edición.

¿Sabías qué?

La energía no se crea ni se destruye, sólo se transforma. Las partículas que estuvieron presentes en el origen del Universo aún existen, transformadas.

EL FRÍO EN FÍSICA

En física no suele utilizarse el término “frío”. En vocabulario cotidiano, frío hace referencia a bajas temperaturas; en lenguaje científico se prefiere utilizar expresiones como “menos calor que…”

¿Sabías qué?

Entre los malos conductores del calor se encuentran: el plástico, la madera, el corcho, el vidrio, la cerámica, etc.

LA CONVECCIÓN DEL CALOR



Cualquier proceso físico o químico que tenga lugar en la naturaleza se realiza con intercambio de energía. Esta transferencia puede darse en forma natural o artificial, en el último caso es el ser humano quien aprovecha la energía del medioambiente para obtener calor. ¿Quieres saber cómo? Lee atentamente y descúbrelo.

La energía puede encontrarse en distintas formas, una de ellas es el calor.

Temperatura: es la medida del calor de un cuerpo, puede expresarse en distintas unidades: K (Kelvin), °C (grados Celsius), °F (grados Fahrenheit), etc.

DIFERENCIA ENTRE CALOR Y TEMPERATURA

El calor es la energía que posee un cuerpo, producto del movimiento de sus moléculas. La temperatura es una forma de medir dicha energía.


TRANSFERENCIA DE CALOR

La energía calórica puede transmitirse de un cuerpo a otro mediante tres formas: conducción, radiación y convección.

Conducción

Se produce sin transporte de materia, por lo general en cuerpos sólidos. La energía térmica pasa desde el cuerpo que tiene más temperatura hacia el que tiene menos.

TRANSPORTE DE MATERIA:

desplazamiento de partículas de un lugar a otro.

Para que la conducción se lleve a cabo, es necesario que los cuerpos estén en contacto. Por ejemplo:

Cuando revolvemos una bebida caliente con una cuchara de metal, podemos apreciar que luego de unos segundos la cuchara adquiere mayor temperatura, esto se debe a que la energía que posee el líquido es transferida a la cuchara.

Los metales son buenos conductores del calor, mientras que otros materiales como los plásticos son malos conductores térmicos.

COMPROBEMOS LO APRENDIDO

¿Con qué tipo de elemento conviene revolver una sopa mientras cocinamos? ¿Una cuchara de madera o una de metal?

Puedes hallar una pista para responder esta pregunta en el ¿Sabías qué? de esta página.


Conducción de calor entre el café y la cuchara.


RADIACIÓN

Cuando se transmite energía mediante radiación no se requiere que los cuerpos estén en contacto ya que el calor es transmitido a través de ondas electromagnéticas.

La fuente más importante de emisión de energía radiante para los seres vivos es el Sol. Las ondas emitidas por el astro pueden transmitirse en el vacío o a través de un material, por ejemplo, el aire.

Cada cuerpo absorbe de distinta manera este tipo de energía, en el caso de la Tierra una parte de la radiación recibida es reflejada.


El Sol emite energía radiante.


CONVECCIÓN

En este proceso se transfiere calor entre dos sustancias líquidas, un gas y un líquido o entre dos sustancias en estado gaseoso, cuando se hallan a diferentes temperaturas. Es decir, se produce entre fluidos. Se forman corrientes que implican la propagación del calor, con transporte de materia.

Ejemplo:

Al calentar una olla de agua sobre una llama, el agua de la parte inferior se calienta primero, se hace menos densa y sube; por otra parte, el agua fría desciende, generándose así un movimiento circular constante.


Al movimiento circular que se genera al calentar el fluido se lo denomina corrientes de convección.

Del mismo modo ocurre con los gases, la diferencia de temperatura en su interior produce un flujo de gas caliente hacia la parte superior, mientras que el gas frío desciende, generándose las corrientes de convección.

ROPA ABRIGADA

La ropa abrigada está constituida por tela aislante en su parte interna, así, reduce la perdida de calor por convección cuando hay temperaturas muy bajas.

El movimiento de un fluido puede darse de forma natural o forzada.

Convección forzada: los fluidos son sometidos a grandes presiones para forzar el movimiento de las sustancias; el fluido es movido desde la zona caliente hacia la parte más fría.

Convección natural: si un líquido o gas es sometido a calentamiento, la densidad disminuye, por consiguiente los fluidos menos densos y más calientes tienden a subir, mientras que el fluido más denso y frío tiende a bajar.

DENSIDAD: es la relación de cierta cantidad de masa y el volumen que ocupa.


LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON

Isaac Newton propuso una forma para calcular el proceso de transferencia de calor por convección cuando la diferencia de temperatura entre un cuerpo y el ambiente no varía en gran medida:

dQ/dt = K (T1 -T2)

Esta ecuación es útil para regular el flujo de calor o frío por convección que se pierde en relación con la energía que interviene.

dQ/dt = es el flujo de calor por unidad de tiempo.

K = coeficiente de conducción térmica.

T1 – T2 = temperaturas internas y externas, respectivamente.

La energía es una característica de un sistema y mide su capacidad para realizar un trabajo. La energía y el trabajo tienen la misma unidad: Joule (J).


ENERGÍA CALÓRICA

Es la energía en forma de calor. El movimiento o vibración de los átomos en los materiales depende de su energía.


El calor de una sustancia depende de la energía cinética de las partículas que lo componen.

Unidades de medida

Como se ha dicho anteriormente, la unidad de energía en el Sistema Internacional de Unidades es el Joule y su símbolo es J. Pero, ¿Qué es un Joule?

Es la energía necesaria para trasladar 1 kilogramo de sustancia una distancia de 1 metro, con una aceleración de 1 metro sobre segundo al cuadrado.

1 Joule =  1 kilogramo · 1 metro · 1metro/segundo2

J = 1kg · m2/s2

UNIDADES

Joule → energía

Kilogramo → unidad de masa

Metro → unidad de longitud

Segundo → unidad de tiempo

Un Joule también puede expresarse como:

J = N.m

Ya que N = kg.m/s2

Otra forma de expresar el calor es utilizando la unidad caloría, la misma tiene una relación con el Joule:

1 caloría = 4,184 Joules

EL CALOR EN EL CUERPO HUMANO

El cuerpo humano actúa como un sistema termodinámico, porque en él operan los mecanismos de calefacción y enfriamiento. La energía que necesita el organismo humano es adquirida mediante la alimentación y utilizada para diversas funciones, entre ellas la de locomoción. El resto de la energía se elimina en forma de calor. Cuando el organismo produce demasiado calor, durante un esfuerzo físico intenso por ejemplo, disipa el exceso a su entorno. Ese calor es transferido del cuerpo al entorno, principalmente por radiación, convección y evaporación.


LA CONVECCIÓN ATMOSFÉRICA

Transporte de energía y fenómenos ambientales

La energía calórica actúa como promotor de algunos fenómenos, tales como los vientos, las corrientes marinas, que resultan factores modificadores y reguladores del clima terrestre; pues, con su movimiento, transportan la energía desde los lugares cálidos a los más fríos.


El origen del aire y los vientos es causado por transferencia de calor por convección.

La atmósfera está constituida por gases, estos se mueven mediante distintos fenómenos, siendo uno de los principales la convección.

De este modo, masas de aire son trasladadas de un lugar a otro, transfiriendo calor entre distintas zonas.

El aire húmedo que conforma la atmósfera está compuesto por aire seco y vapor de agua. El agua, puede presentarse en sus tres estados (sólido, líquido y gaseoso) y de este modo dar lugar a distintos fenómenos meteorológicos: lluvia, nieve, etc.


Los servicios meteorológicos informan a la población sobre las condiciones climáticas de determinada zona.

Teniendo en cuenta el estado del agua se pueden presentar dos tipos de convección:

Convección seca: no se produce por cambios de fase del agua, pero si se observan ascensos y descensos de masas de aire. Se produce en la capa límite de la atmósfera y no origina nubes.

Convección húmeda: los cambios de fase del agua, cuando pasan de un estado a otro, generan ascensos y descensos de volúmenes de aire. Este tipo de trasferencia de calor genera nubosidad y causa, entre otros fenómenos, tormentas.


CALEFACCIÓN EN EL HOGAR

En lugares donde la temperatura es baja se requiere acondicionar los hogares para que el ambiente sea agradable. Por ello desde el origen de los tiempos, el ser humano buscó la forma de obtener calor de fuentes naturales. Inicialmente en forma rudimentaria, encendiendo fogatas o antorchas; posteriormente, con el transcurso del tiempo y los avances tecnológicos aparecieron máquinas capaces de almacenar y distribuir la energía.

En la actualidad existen sistemas de calefacción que cuentan con tres partes fundamentales:

  • Fuente de energía calórica.
  • Sistema de distribución.
  • Terminales y emisores.


La energía solar es una fuente alternativa de energía cada vez más utilizada.

Fuentes de energía

Las fuentes de energía pueden ser variadas: combustible, electricidad, etc.

Combustibles

En una caldera se coloca el combustible, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Ésta se enciende y apaga cuando se termina el combustible o cuando no tiene suficiente aire para que el proceso se lleve a cabo.

Electricidad

La energía eléctrica puede producir energía calórica, la forma de realizar este proceso es mediante el uso de resistencias o por bombas de calor. Este tipo de fuente es utilizada principalmente en aparatos locales, debido a su alto costo.

Agua

En una caldera se calienta el agua y luego es distribuida a los terminales que se ubican en los espacios a calefaccionar. Este sistema no genera desechos en los ambientes.

Aire

El aire puede ser útil tanto para refrigerar un ambiente, como para calefaccionarlo. Existen aparatos con ambas funciones y pueden ser utilizados según los requerimientos del usuario. En lugares donde los fríos son intensos y los veranos calurosos, son una buena opción.



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