En física, la transferencia de
calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor
temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un
objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de
su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también
conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre
de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La
transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más
frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe
una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la
transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
Modos:
Los modos son los diferentes tipos de procesos de
transferencia de calor. Hay tres tipos:
Conduccion transferencia de calor que se produce a través de un medio estacionario -que
puede ser un sólido- cuando existe un gradiente de temperatura.
Convección: transferencia de calor que ocurrirá entre un
fluido en movimiento cuando están a diferentes temperaturas.
Radiación: en ausencia de un medio, existe una transferencia
neta de calor por radiación entre dos superficies a diferentes temperaturas,
debido a que todas las superficies con temperatura finita emiten energía en
forma de ondas electromagnéticas.
Aislamiento y Barreras de Radiación
Los aislantes térmicos son materiales
específicamente diseñados para reducir el flujo de calor limitando la
conducción, convección o ambos. Las barreras de radiación, son materiales que
reflejan la radiación, reduciendo así el flujo de calor de fuentes de radiación
térmica. Los buenos aislantes no son necesariamente buenas barreras
de radiación, y viceversa. Los metales, por ejemplo, son excelentes reflectores
pero muy malos aislantes.
La efectividad de un aislante está indicado por su resistencia (R).
La resistencia de un material es el inverso del coeficiente de conductividad térmica (k)
multiplicado por el grosor (d) del aislante. Las unidades para la resistencia
son en el Sistema Internacional: (K•m²/W).
La fibra de vidrio rígida, un material aislante
usado comúnmente, tiene un valor R de 4 por pulgada, mientras que el
cemento, un mal conductor, tiene un valor de 0.08 por pulgada.
La efectividad de una barrera de radiación está indicado por
su reflectividad, la cual es una fracción de la radiación reflejada. Un
material con una alta reflectividad (en una longitud de onda)
tiene una baja absorbitividad, y por consiguiente una baja emisividad.
Un reflector ideal tiene un coeficiente de reflectividad igual a 1,
lo que significa que refleja el 100% de la radiación entrante. Por otro lado,
en el caso de un cuerpo negro, el cual tiene una excelente absorbitividad y emitividad de
la radiación térmica, su coeficiente de reflectividad es casi 0. Las
barreras de radiación tiene una gran aplicación en ingeniería aeroespacial;
la gran mayoría de los satélites usan varias capas aislantes aluminizadas que
reflejan la luz solar, lo que permite reducir la transferencia de calor y
controlar la temperatura del satélite.
Disciplinas Académicas aplicaciones:
Los fenómenos de transferencia son generalmente parte
del programa de estudios de Ingeniería Aeroespacial, Ingeniería
Industrial, Ingeniería Química, Ingeniería
Agrícola o Ingeniería Mecánica. Comúnmente, los conocimientos sobretermodinámica son
una condición previa para el estudio de la transmisión de calor, dado
que las leyes de la termodinámica son esenciales para comprender el mecanismo
de la transferencia de calor. Otras disciplinas relacionadas con la transmisión
de calor incluyen la conversión de energía, termofluidos y transferencia
de materia.
Los métodos de transferencia de calor se usan en las
siguientes disciplinas, entre otras:
Ingeniería de automoción
Sistemas electrónicos
HVAC
Aislamiento
Procesamiento de materiales
Ingeniería de centrales de energía
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