Hoy veremos los diferentes tipos de procesos involucrados en la transferencia de calor, así como aprenderemos a utilizar este proceso físico a nuestro favor en instalaciones.
Qué es la transferencia de calor
La transferencia de calor es un tipo de movimiento físico que propaga el calor (no la temperatura) en diferentes tipos de medios y sistemas. Es un tema importante, tanto que una rama de la física se ocupa del estudio en exclusivo de estos procesos, la termodinámica. Además, mediante el estudio de la transferencia de calor se pueden aplicar y mejorar sectores industriales, así como etapas (la evaporación es un claro ejemplo de esto).
Tipos de procesos de transferencia de calor
En cuanto a los modos de transferencia de calor, estos se clasifican en tres grandes grupos:
- Transferencia mediante conducción: En este caso, la transferencia se produce mediante el contacto directo entre dos medios materiales y las partículas que los componen, y al encontrarse a diferentes temperaturas. El estado de los materiales podrá ser gaseoso, líquido o sólido y no se genera transferencia de materia entre ellos. Un ejemplo clásico es calentar una barra de metal en uno de los extremos. Al haber un diferencial de temperatura y no tener influencias o agentes externos, el calor se desplazará (conducirá, al ser conducción) por la barra, desde la punta más caliente hasta la otra.
- Transferencia mediante radiación: Es el proceso de emisión de calor de cuerpos debido a la temperatura que éstos poseen. En este caso no hay contacto entre cuerpos, sino que la transferencia por radiación se hará siempre que un cuerpo se encuentre a una temperatura superior al espacio en el que esté. El sol es un ejemplo perfecto de radiación: Pese a estar a mucha distancia, debido a su poder calorífico, transmite al espacio el calor que hace que pese a estar alejados de él, se caliente muchísimo el asfalto en un día de verano.
- Transferencia mediante convección: En este caso, la transferencia se realiza mediante la intervención de un fluido en movimiento, que será quien transporte la energía térmica desde un punto A hasta un punto B. El fluído podrá ser líquido o gas, y la convección podrá ser forzada o natural. La convección forzada se genera mediante un ventilador o bomba que mediante aire o agua forzarán al fluido a moverse por una zona caliente para adquirir el calor y transmitirlo a una zona fría.
Por el contrario, la convección natural se basa en la capacidad del fluido por sí misma de extraer el calor de la zona caliente, modificar su densidad y que mediante este cambio logre desplazarse a la zona fría sin acciones externas. Este tipo de transferencia se ve en los caloventores: Al acercar la mano a ellos podemos sentir las corrientes de aire que se generan mediante la convección, calentándose el aire y disminuyendo por este motivo su densidad. Al reducir su densidad a un número menor que el del aire a temperatura ambiente, el aire caliente fluye hacia arriba.
Por qué existe y por qué se produce la transferencia de calor
La transferencia de calor se genera cuando hay un gradiente térmico o un diferencial de temperatura entre dos o más sistemas al entrar en contacto. El proceso térmico continúa hasta que se logra el equilibrio térmico, o sea, la igualdad de temperaturas (conocido también como equilibrio termodinámico).
Características de la transferencia de calor
Dentro de las características de la transferencia de calor podemos mencionar que el proceso se realiza siempre que los sistemas a interactuar se encuentren a temperaturas diferentes. También se debe mencionar que la transferencia es de energía calórica o térmica, que no es una transferencia de temperatura ya que este concepto es sobre mesurar el calor a través de unidades de medida.
¿Para qué sirve la transferencia de calor?
En muchos casos, las industrias aprovechan los procesos de transferencia de calor dentro de sus sistemas o herramientas. Estos son algunos ejemplos:
- Estufas y paneles calefactores: Algunos funcionan a través de convección y otros son combinados. Al calentar sus placas metálicas también se aprovecha la transferencia por radiación.
- Evaporación: Las industrias utilizan este proceso para eliminar una gran cantidad de agua mediante el calor. La transferencia de calor en este caso se acompaña de transferencia de masa, al perder peso mediante la evaporación.
- Secado: Este proceso consiste en eliminar una pequeña cantidad de agua, por lo que en este caso la transferencia de calor y de masa es mucho menor.
- Destilación fraccionada: En este caso, se aprovecha la zona de contacto entre vapores y líquidos para poder dividir bien a los componentes por su volatilidad y separar las fases.
¿Cómo aislar o reducir la transferencia de calor?
En sí es imposible aislar del todo la transferencia de calor, pero se puede reducir la velocidad de transmisión de ella. Cada material tiene un índice de conductividad, que es quien indicará el comportamiento frente al calor. Si este coeficiente es alto, el material será conductor, como los metales. Si es bajo, serán de baja conductividad y por lo tanto tendrán acción aislante.
Mediante el uso de aislantes térmicos se puede disminuir el flujo de calor, limitando los procesos de transferencia. Debido a que los gases son considerados de baja conductividad, se suelen diseñar mediante el encierro de un gas entre aberturas generadas en un sólido. Otro aislante universalmente usado es la fibra de vidrio.
