Mecanismos de la transferencia de calor

Independientemente de los mecanismos de transferencia, el motivo de que se produzca un flujo térmico es siempre una diferencia de temperatura.

Cuanto mayor es la diferencia de temperatura, mayor es la necesidad de compensación de la temperatura.
Esto es igual que afirmar que un flujo térmico elevado requiere de una caída de temperatura elevada y vice versa.

Las diferencias de temperatura aumentan la necesidad de compensación por la que se intercambia una cantidad de calor (energía térmica).

Se diferencia entre 3 mecanismos de transferencia de calor.

Conducción de calor:

La conducción de calor se produce en materiales que no tienen una temperatura uniforme. También se da en materiales con diferentes temperaturas que entran en contacto entre sí.
Todos los estados físicos permiten este mecanismo de transferencia.

En la imagen, aparece a la derecha la sección (A-A) representada por una cazuela que se ha calentado. El fuego caliente (1) transmite el calor a través de la base de la cazuela (2) al agua (3). El flujo térmico aparece representado con flechas rojas.

Convección:

Se denomina convección al transporte de calor con un medio fluyente. En este caso, se puede tratar de un gas o de un líquido (ambos son fluidos). Se diferencia entre convección libre, en la que el fluido asciende debido a una diferencia de densidad provocada por el calentamiento, y convección forzada, en la que un dispositivo técnico hace fluir el fluido .

(A) Torre de refrigeración - convección libre:
El agua caliente se evapora y calienta el aire. El vapor y el aire ascienden debido a diferencias de densidad.

(B) Ventilador del procesador de un ordenador - convección forzada:
El calor del procesador del ordenador (3) se transmite en aletas de refrigeración (2) (conducción de calor). El ventilador (1) se encarga de que la refrigeración sea efectiva a través de un elevado flujo de aire.

Radiación térmica:

Toda superficie emite y absorbe energía en forma de radiación electromagnética. Todos los tipos de radiación implican la existencia de energía . Debido al intercambio, la cantidad de calor de un cuerpo aumenta o desciende .

El mejor ejemplo para describir la radiación térmica es el sol. Las aplicaciones técnicas aparecen representadas a la izquierda:

(A) Emisor halógeno con foco:
La radiación de la lámpara halógena (1) se concentra en el foco (2) haciendo que se caliente ese punto. La «soldadura por haz de luz» es una aplicación derivada de esto. En este tipo de soldadura, la energía de radiación se emplea para derretir la plomada en el punto de ignición.

(B) Estufa de exterior:
Una llama hace que la superficie (3) de la parte de arriba esté incandescente. Ésta irradia calor que caldea el entorno. La campana (4) que se encuentra sobre la parte incandescente refleja hacia abajo la porción de calor que se emite hacia arriba.

Todos los materiales con una temperatura superior al cero absoluto almacenan energía térmica. Ya que la necesidad de compensación de calor se asocia siempre a la temperatura dominante, no se puede intercambiar una cantidad de energía térmica ilimitada.

La diferencia de temperatura reinante determina qué cantidad de calor se puede intercambiar.