TRANSFERENCIA DE CALOR

Transferencia de calor

La transferencia de calor, en física, proceso

por el que se intercambia energía en forma

 de calor entre distintos cuerpos, o entre 

diferentes partes de un mismo cuerpo que 

están a distinta temperatura. El calor se

transfiere mediante convección, radiación o 

conducción. Aunque estos tres procesos

pueden tener lugar simultáneamente, puede 

ocurrir que uno de los mecanismos predomine sobre los otros dos. Por ejemplo, el calor se 

transmite a través de la pared de una casa fundamentalmente por conducción, el agua de 

una cacerola situada sobre un quemador de gas se calienta en gran medida por 

convección, y la Tierra recibe calor del Sol casi exclusivamente por radiación.

• Tipos de transferencia de calor

Existen tres métodos para la transferencia de calor: conducción, convección y 

radiación. Conocer cada tipo y saber cómo funciona le permite entender mejor cómo los 

sistemas de aislamiento y burletes protegen el espacio acondicionado.

Conducción. En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si 

se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el 

calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su 

totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que debe

 en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una

 diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos 

también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés 

Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de 

Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor

 a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los 

materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y 

conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen 

conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se

conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de 

conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura 

conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo

si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria.

 Con la ayuda de ordenadores (computadoras) analógicos y digitales, estos problemas 

pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría complicada.

Convección. Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, 

es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor

de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido 

puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por 

unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo 

gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío 

y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no 

uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección 

movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.}

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El 

a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el 

agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un

movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, 

mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y 

lo cede al aire situado por encima. De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, 

como la cámara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el 

aire situado junto al panel exterior —que está más frío— desciende, mientras que al aire 

cercano al panel interior —más caliente— asciende, lo que produce un movimiento de 

circulación.

Radiación. Es la transferencia de calor, en forma de energía electromagnética, por el 

espacio. La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la

 convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino 

que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica 

genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. 

Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero

 la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica.

En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento 

cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos 

proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía

radiante se había postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el 

físico alemán Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la 

mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación.

La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la 

intensidad

 de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la 

temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un 

máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación 

ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad 

algo menor.

Algunas sustancias, entre ellas 

muchos gases y el vidrio, son 

capaces de transmitir grandes 

cantidades de radiación. Se 

observa experimentalmente que 

las propiedades de absorción,

reflexión y transmisión de una

sustancia dependen de la 

longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes

cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor

de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda. Una consecuencia de la distribución de

Planck es que la longitud de onda a la que un cuerpo emite la cantidad máxima de energía

radiante disminuye con la temperatura. La ley de desplazamiento de Wilhelm, llamada así

en honor al físico alemán Wilhelm Wien, es una expresión matemática de esta observación,

y afirma que la longitud de onda que corresponde a la máxima energía, multiplicada por la

temperatura absoluta del cuerpo, es igual a una constante, 2.878 micrómetros-Kelvin. Este

 hecho, junto con las propiedades de transmisión del vidrio antes mencionadas, explica el 

calentamiento de los invernaderos. La energía radiante del Sol, máxima en las longitudes 

de onda visibles, se transmite a través del vidrio y entra en el invernadero.

En cambio, la energía emitida por los cuerpos del interior del invernadero, 

predominantemente

 de longitudes de onda mayores, correspondientes al infrarrojo, no se transmiten al

exterior a través del vidrio. Así, aunque la temperatura del aire en el exterior del 

invernadero sea baja, la temperatura que hay dentro es mucho más alta porque se 

produce una considerable transferencia de calor neta hacia su interior.