Transferencia del Calor


Formas de Transferencia del Calor

Cuando dos cuerpos de diferentes temperaturas entran en contacto, el calor fluye del más caliente al más frío, a esto se le conoce como la trasferencia de calor. Existen diferentes formas de transferencia de calor, estas son: Conducción, Transmisión y Radiación.

Conducción

La conducción se define como la transferencia de calor por medio del contacto de partículas con más energía con las partículas adyacentes con menos energía.  La conducción es la forma más simple de transferencia de calor. Para entender el significado de la conducción, imaginémonos un sólido en el que los átomos están unidos de una manera estable. Si un lado del sólido está "caliente" y el otro lado está "frío", la transferencia de calor ocurrirá del lado "caliente" al lado "frío". La conducción trabaja como un efecto dominó continuo. Del lado caliente, los átomos están moviéndose más que del lado frío porque tienen más energía termal. Los átomos del lado caliente tropiezan con los átomos del lado frío y pierden un poco de su energía para dársela a los otros y calentarlos. Esta reacción en cadena pasa por todo el sólido y hace que ocurra una variación sutil, de caliente a frío, en la temperatura. La conducción es el método más eficaz de traslado de calor.

Existen diferentes materiales para conducir el calor y cada uno de ellos tiene diferentes habilidades de conducción. Los materiales que dirigen el calor pobremente, como la madera y el concreto, se llaman "aislantes". Los que son buenos conductores del calor, como el cobre, no tienen un nombre específico. Si arrojamos un pedazo de cobre y una piedra, o un pedazo de concreto, a una fogata, el cobre se calentará mucho más rápido que el concreto o la piedra. Por ejemplo, el material aislante de una casa es un conductor termal pobre, pues mantiene la mayor cantidad de calor adentro.  El aislamiento se califica, o mide, en términos de resistencia termal, la cual se define así: Resistencia Termal = Longitud/Conductividad Termal

Convección

La convección se define como la transferencia de calor por el reemplazo de partículas menos enérgicas por partículas que obtienen energía en el borde o límite caliente del cuerpo. Esto involucra un flujo en la media del cuerpo. La convección es muy diferente a la conducción, pero confía fundamentalmente en esta para funcionar. La convección involucra un gas o un líquido moviéndose a través de una superficie que sea más caliente o más fría que el fluido. La convección es un método de transferencia de calor más lento que la conducción.

Para entender la conducción, asumamos la existencia de una superficie caliente y de aire frío. El calor se conduce de la superficie a las moléculas de aire que están en la superficie. Debido a que el aire se está moviendo, moléculas de aire nuevas están reemplazando a las moléculas de aire "viejas". Entre más rápido se mueva el aire, mejor es la transferencia de calor.

Otro ejemplo de la transferencia de calor por medio de la convección puede ser el calentamiento de una olla con agua en una estufa. Cuando encendemos la estufa, el calor se transfiere primero por conducción. Sin embargo, cuando el agua empieza a hervir, y a echar burbujas (las burbujas son regiones locales de agua caliente que suben a la superficie), el calor se transfiere del agua caliente en el fondo, al agua fría en la superficie por medio de convección. Al mismo tiempo, el agua más fría y densa en la superficie se hundirá al fondo, y ahí se calentará.

Radiación

La radiación se define como la transferencia por emisión/recepción de ondas electromagnéticas. La mayoría de los materiales de ingeniería emiten un espectro infrarrojo a temperaturas mayores a 0 K.

La radiación no requiere un contacto directo entre dos sistemas como lo require la conducción y la convección. La transferencia de calor entre sólidos ocurre generalmente a través de la conducción y la radiación, y la transferencia de calor entre líquidos y gases ocurre generalmente a través de la convección. La conducción necesita un medio densamente concentrado o condensado, mientras que la transmisión puede ocurrir en medios poco condensados o concentrados. La radiación no necesita un medio para transferirse. La radiación es el método menos eficaz de transferencia de calor.

Cambio de Fase

El congelamiento, el derretimiento, la evaporación y la condensación son cambios físicos de fase. Estos cambios físicos ocurren típicamente a través de una pérdida o ganancia de energía termal. Las substancias pueden guardar o liberar cantidades significantes de energía termal al cambiar de fase.