Transferencia de calor: qué es y cómo aprovecharla

La transferencia de calor es el movimiento de energía de una temperatura alta a una temperatura baja. Puede producirse de muchas maneras, como la convección, la conducción, la radiación y la evaporación. Por ejemplo, cuando te pones al lado de un quemador de cocina y sientes que tu piel se calienta cuando el calor se transfiere del quemador a ella, estás experimentando conducción.

Cuando pones cubitos de hielo en un vaso de agua caliente y empiezan a derretirse porque absorben parte del calor del agua más caliente (en lugar de enfriarse), eso es convección, así funciona también el aire acondicionado.

Si dejas una manzana en la encimera durante mucho tiempo, acabará ablandándose lo suficiente como para que empiece a ponerse marrón debido a la radiación, que se produce cuando las ondas de luz son emitidas por objetos y luego absorbidas por otros objetos cercanos (como una manzana que absorbe la luz ultravioleta).

Por último, está la evaporación: cuando el agua cambia de estado, pasando de la forma líquida a la forma de vapor, a través de las nubes de condensación por encima de nosotros o de los charcos por debajo, después de haber sido calentada por la luz solar u otras fuentes de calor.

¿Qué es la transferencia de calor?

La transferencia de calor es el movimiento de energía de las altas temperaturas a las bajas. El calor se transfiere por conducción, convección, radiación y otros métodos.

La transferencia de calor se produce de forma natural debido a las diferencias de temperatura entre los objetos. Por ejemplo, si sostienes tu mano sobre una llama o cualquier cosa que irradie calor (como un radiador), puedes sentir el aumento de calor en tu piel. Esto se debe a que hay una diferencia de temperatura entre el aire que rodea tu mano y el propio fuego/radiador. Por tanto, el calor se transfiere de una superficie a otra por conducción.

¿Cuál es la mejor manera de aprovecharla?

Hay muchas formas de aprovechar la transferencia de calor. Las formas más comunes son:

• Disipadores de calor, que son dispositivos que extraen el calor de un objeto transfiriéndolo a otro medio (normalmente aire o agua) a una temperatura inferior a la del propio objeto.

• Tubos de calor, que son tubos huecos llenos de un líquido, como agua o aceite, diseñados para absorber y transportar grandes cantidades de energía térmica de forma muy eficaz en respuesta a pequeños cambios de temperatura en su superficie.

• Los intercambiadores de calor no tienen piezas móviles, sino que se basan en las corrientes de convección creadas por los ventiladores que soplan aire sobre las aletas fijadas al exterior de un componente, mientras que el fluido caliente circula por los canales de otro componente.

¿Cómo se produce?

La transferencia de calor puede producirse por conducción, convección y radiación.

• La conducción es la transferencia de calor por contacto directo.

• La convección es la transferencia de calor por medio de un fluido en movimiento. Cuando se agita el agua caliente en una taza, se crean corrientes que hacen que el calor se desplace de un lugar a otro. Por ejemplo, desde el fondo hacia arriba a través de todas las partes del interior del líquido, de modo que finalmente todas las partes alcanzan la temperatura de ebullición a la vez en lugar de que sólo una parte se caliente primero (como ocurre sin agitación). Este proceso también se enfría rápidamente después de ser retirado de la fuente de calor debido a la mezcla con el aire frío que lo rodea. Esto ayuda a mantener nuestro cuerpo caliente cuando estamos al aire libre porque tenemos muchos vasos sanguíneos lo suficientemente juntos para que distribuyan su calor por todo nuestro cuerpo a través de las corrientes de convección generadas por el latido de nuestro corazón. Si no hubiera suficientes vasos sanguíneos juntos entonces podríamos sentirnos más fríos aunque no estuviera realmente más frío fuera de las temperaturas normales porque nuestra sangre no podría circular eficientemente dentro de nosotros.

¿Cómo se puede medir?

Hay varias formas de medir la transferencia de calor. La más sencilla consiste en determinar la diferencia de temperatura entre dos puntos de un sistema y multiplicarla por el área de contacto. Este método sólo puede utilizarse cuando hay un único punto de separación dentro de un objeto, como una pared o un suelo frente al aire.

¿Cómo se puede calcular la tasa de transferencia de calor?

Si se mantiene un objeto caliente (por ejemplo, la mano) sobre un cubito de hielo, éste se derretirá y cambiará de forma. Esto ocurre porque la velocidad de transferencia de calor de tu mano a la del cubito es mayor que la del calor que fluye fuera de él. Este proceso tarda en producirse y una parte del agua congelada se vaporiza en forma de vapor debido a la alta presión que provoca la evaporación a temperaturas tan bajas.

El efecto del gradiente de temperatura en la tasa de transferencia de calor puede explicarse con un ejemplo:

Tasa de transferencia de calor = Flujo de calor × Tiempo de contacto (o) HTG = Q/t

La transferencia de calor es el movimiento de energía de las altas temperaturas a las bajas. La transferencia de calor se produce por conducción, convección y radiación. La tasa de transferencia de calor puede medirse mediante la ecuación q=h*A, donde q es la cantidad de calor transferida por unidad de tiempo (vatios), h es el cambio de entalpía (vatios por kilogramo o Btu por libra) y A es el área sobre la que se produce el flujo de calor (m2 o pies2).

Es un fenómeno fundamental en la física, y ocurre a nuestro alrededor. Pero quizá te sorprenda lo mucho que puedes aprender de este proceso: desde determinar la mejor manera de calentar tu casa u oficina hasta medir la velocidad de transferencia de calor en diversas situaciones. Hay muchas aplicaciones para quienes quieran involucrarse en este tema. Esperamos que este artículo te haya ayudado a comprender mejor lo que ocurre cuando el calor se transfiere entre dos superficies (o cuerpos) diferentes.