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 del segundo principio 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.
Conducción: La
conducción es la transferencia de calor, por medio de la excitación molecular
en el interior del material, sin ningún tipo de movimiento entre los objetos.
Si un extremo de una barra de metal está a una temperatura más alta, entonces
se transferirá energía hacia el extremo más frío, debido a las colisiones de
partículas de alta velocidad con las más lentas, produciéndose una
transferencia neta de energía hacia estas últimas. En una transferencia entre
dos superficies planas, como la pérdida de calor a través de las paredes de una
casa, la tasa de transferencia de calor por conducción es:
Convección: La
convección es una de las tres formas de transferencia de calor y se caracteriza
porque se produce por medio de un fluido (líquido o gas) que transporta el
calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce
únicamente por medio de materiales fluidos. Lo que se llama convección en sí,
es el transporte de calor por medio del movimiento del fluido, por ejemplo: al
trasegar el fluido por medio de bombas o al calentar agua en una cacerola, la
que está en contacto con la parte de abajo de la cacerola se mueve hacia
arriba, mientras que el agua que está en la superficie, desciende, ocupando el
lugar que dejó la cacerola caliente.
Donde h es
el coeficiente de convección (o coeficiente de película), As es el área del cuerpo en
contacto con el fluido, Ts
es la temperatura en la superficie del cuerpo y Tinf
es la temperatura del fluido lejos del cuerpo.
Radiación: se
puede atribuir a cambios en las configuraciones electrónicas de los átomos o
moléculas constitutivas. 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
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 de unidades:
(K·m²/W).
