Calculadora de transferencia de calor

Qué describe la fórmula de transferencia de calor

Calentar un material requiere energía, y la fórmula de transferencia de calor da cuánta. Esta calculadora de transferencia de calor multiplica la masa por el calor específico y por el cambio de temperatura, así que un objeto más pesado, un calor específico mayor o un cambio de temperatura más grande necesitan más energía. El resultado es el calor sensible, la energía que sube o baja la temperatura sin cambiar el estado del material.

La ecuación de transferencia de calor

La ecuación de transferencia de calor que se usa aquí es la forma de calor sensible:

m es la masa, c es el calor específico y ΔT es el cambio de temperatura. El calor específico es la energía para subir un kilogramo un grado, así que el agua, con 4186, necesita mucha más energía que el acero, con unos 490. Esta fórmula de transferencia de calor cubre la energía para cambiar la temperatura; la tasa a la que se mueve ese calor es un cálculo aparte que se explica más abajo.

Ejemplo de la fórmula de transferencia de calor

Calentar 2 kg de agua 10 grados, con un calor específico de 4186. La fórmula de transferencia de calor da:

Así que se necesitan unos 83.7 kilojoules para calentar el agua 10 grados. Cambia la masa o el cambio de temperatura y la calculadora de transferencia de calor actualiza la energía al instante.

Cómo usar la calculadora de transferencia de calor

Ingresa la masa en kilogramos, el calor específico en joules por kilogramo por grado y el cambio de temperatura en grados, y la calculadora de transferencia de calor devuelve la energía térmica en joules y kilojoules. Usa 4186 para el agua y valores menores para los metales. Como cálculo de transferencia de calor sirve para calentar o enfriar, porque un cambio de temperatura negativo da la energía liberada.

Cómo leer el resultado de la calculadora de transferencia de calor

La energía térmica es cuánto debes agregar para calentar el material, o quitar para enfriarlo, a lo largo del cambio de temperatura que fijaste. El agua domina muchos resultados porque su calor específico es alto, por eso se usa como refrigerante y por eso los océanos moderan el clima. Un valor positivo es calor que entra y uno negativo es calor que sale. Para convertir esta energía en un tiempo de calentamiento, divídela entre la potencia del calentador; la calculadora de transferencia de calor da la energía, y la potencia marca el ritmo.

Cuándo usar la calculadora de transferencia de calor

• Dimensionar un calentador con la calculadora de transferencia de calor
• Obtener la energía para calentar o enfriar una masa de agua
• Comparar materiales por su calor específico
• Estimar un tiempo de calentamiento con la energía y la potencia

Errores comunes con la calculadora de transferencia de calor

• Calor específico equivocado. Cada material tiene su propio valor; el del agua es mucho mayor que el de los metales, así que usa el correcto.
• Confundir energía con tasa. Esto da energía en joules, no los vatios que devuelve una ecuación de la tasa de transferencia de calor.
• Ignorar el cambio de fase. Fundir o hervir necesita calor latente adicional más allá de Q = m c ΔT.

Consejos para cálculos de calor

• Usa 4186 para el agua y busca el valor de los demás materiales.
• Divide la energía entre la potencia del calentador para estimar el tiempo de calentamiento.
• Suma el calor latente por separado si el material se funde o hierve.

Relacionadas con la calculadora de transferencia de calor

El calor y la temperatura mueven varias herramientas. La calculadora de dilatación térmica muestra cómo ese cambio de temperatura hace crecer un material, y la calculadora de BTU dimensiona la calefacción y el enfriamiento de una habitación en BTU. Para un espacio completo en lugar de una sola masa, una herramienta de carga térmica suma las ganancias y pérdidas que esta calculadora de transferencia de calor maneja para un solo objeto.

La fórmula del flujo de calor y la ecuación de la tasa de transferencia de calor

La forma de energía, Q = m c ΔT, responde cuánto calor, mientras que la fórmula del flujo de calor responde qué tan rápido. Una ecuación de la tasa de transferencia de calor da potencia en vatios en lugar de energía en joules, y depende del modo de transferencia. Para la conducción a través de un muro, la tasa sube con el área y con la diferencia de temperatura y baja con el espesor, escalada por la conductividad del material. Esa es la forma de la ecuación del flujo de calor que usan los ingenieros para aislamientos e intercambiadores de calor. Esta herramienta calcula la energía total para llegar a una temperatura; dividir esa energía entre la potencia de un calentador da el tiempo, que es el vínculo cotidiano entre la forma de energía y la forma de tasa. Para las pérdidas constantes a través de un muro, la calculadora de carga térmica suma las ganancias y pérdidas continuas de una habitación.

La fórmula de conducción de calor y la ecuación de transferencia de calor radiante

El calor se mueve de tres formas, y cada una tiene su propia ecuación. La fórmula de conducción de calor, o ecuación de transferencia de calor por conducción, cubre el calor que pasa a través de sólidos en contacto, como una sartén sobre un quemador, y es la base de las especificaciones de aislamiento. La convección lleva el calor en un fluido en movimiento, como el aire caliente que sube de un radiador. La ecuación de transferencia de calor radiante, que a veces se escribe como fórmula de transferencia de calor por radiación, cubre la energía que llevan las ondas infrarrojas y sube con la cuarta potencia de la temperatura, por eso una fogata te calienta al otro lado de una habitación sin movimiento de aire. Las tres cambian qué tan rápido llega el calor, pero la energía total para calentar una masa dada en una cantidad dada sigue saliendo de Q = m c ΔT, que es lo que devuelve esta calculadora de transferencia de calor.

Valores de la fórmula de transferencia de calor por material

Calor específico de materiales comunes y la energía térmica para 2 kg con un cambio de 10 grados, según la fórmula de transferencia de calor:

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