Transferencia de calor
La transferencia de calor es el paso de energía térmica de un cuerpo a otro por una diferencia de temperatura, mediante conducción, convección o radiación.
La transferencia de calor es el proceso por el que la energía térmica pasa de un cuerpo o región a otro debido a una diferencia de temperatura. Ocurre siempre del más caliente al más frío y puede darse por tres mecanismos: conducción, convección y radiación. Explica desde por qué se calienta el mango de una sartén hasta cómo llega al suelo el calor del Sol.
¿Qué es la transferencia de calor?
Cuando dos cuerpos a distinta temperatura interactúan, las partículas más energéticas ceden energía a las menos energéticas. Esa energía en tránsito es el calor. El proceso continúa hasta que se alcanza el equilibrio térmico, es decir, la misma temperatura en todo el sistema. Según el segundo principio de la termodinámica, no existe transferencia neta espontánea en sentido contrario.
La velocidad con que se transfiere el calor se llama flujo de calor o potencia térmica y se mide en vatios (W): 1 W = 1 J/s.
Mecanismos de transferencia
| Mecanismo | Cómo ocurre | Necesita medio material | Ejemplo |
|---|---|---|---|
| Conducción | Choques entre partículas vecinas | Sí | Una cuchara metálica en una sopa caliente |
| Convección | Movimiento de un fluido | Sí (líquido o gas) | El aire que sube sobre un radiador |
| Radiación | Ondas electromagnéticas | No | El calor del Sol |
Conducción
Predomina en los sólidos, sobre todo en los metales, donde los electrones libres transportan energía con facilidad. Se rige por la ley de Fourier:
siendo k la conductividad térmica del material (W/m·K), A el área de la sección, ΔT la diferencia de temperatura entre extremos y L el espesor o longitud. Cuanto mayor es k, mejor conduce el material.
| Material | k aproximada (W/m·K) |
|---|---|
| Cobre | ~ 400 |
| Aluminio | ~ 237 |
| Vidrio | ~ 1 |
| Agua | ~ 0,6 |
| Aire | ~ 0,026 |
Convección
Se produce en líquidos y gases. Puede ser natural, cuando el fluido caliente, menos denso, asciende y el frío desciende (circulación en una olla o en la atmósfera), o forzada, cuando un ventilador o una bomba mueven el fluido. Se calcula con la ley de enfriamiento de Newton:
donde h es el coeficiente de convección (W/m²·K), que depende del fluido y de su velocidad.
Radiación
Todo cuerpo emite radiación electromagnética, principalmente infrarroja, en función de su temperatura. No necesita medio, por eso la energía del Sol atraviesa el vacío del espacio. Se rige por la ley de Stefan-Boltzmann:
con σ = 5,67 × 10⁻⁸ W/m²·K⁴, ε la emisividad (entre 0 y 1) y T la temperatura absoluta en kelvin. La potencia crece con la cuarta potencia de T: duplicar la temperatura absoluta multiplica por 16 la radiación emitida.
Aislantes y conductores térmicos
Los metales son buenos conductores; la madera, el corcho, la lana de roca, el poliestireno o el aire atrapado en pequeñas cavidades son buenos aislantes. Por eso los dobles acristalamientos incluyen una cámara de aire o gas, y los jerséis abrigan: retienen una capa de aire inmóvil. El termo combina varias soluciones: doble pared con vacío (evita conducción y convección) y superficies reflectantes (reduce la radiación).
Aplicaciones
- Aislamiento térmico de edificios y ahorro energético.
- Radiadores, intercambiadores de calor, calderas y sistemas de refrigeración de motores y ordenadores.
- Paneles solares térmicos y hornos solares.
- Cocina: sartenes metálicas con mangos aislantes, hornos de convección.
- Naves espaciales, con escudos térmicos y mantas reflectantes.
Ejercicios resueltos
1. Una pared de ladrillo (k = 0,8 W/m·K) de 10 m² y 0,25 m de espesor separa un interior a 22 °C de un exterior a 2 °C. ¿Qué potencia se pierde por conducción?
ΔT = 20 K. P = k·A·ΔT/L = 0,8 · 10 · 20 / 0,25 = 640 W.
2. Una ventana de 2 m² está 15 K más fría que el aire de la habitación. Con h = 10 W/m²·K, ¿qué calor por convección intercambia en cada segundo?
P = h·A·ΔT = 10 · 2 · 15 = 300 W, es decir, 300 J cada segundo.
3. Calcula la potencia radiada por una placa negra (ε = 1) de 0,5 m² a 500 K.
P = σ·A·T⁴ = 5,67 × 10⁻⁸ · 0,5 · 6,25 × 10¹⁰ ≈ 1772 W.
4. Si la temperatura absoluta de un cuerpo se duplica, ¿cuánto aumenta su radiación?
P es proporcional a T⁴; al duplicar T resulta 2⁴ = 16 veces más.
¿Cuáles son las tres formas de transferencia de calor?
Conducción (por contacto), convección (por movimiento de un fluido) y radiación (por ondas electromagnéticas).
¿Qué mecanismo permite que el calor del Sol llegue a la Tierra?
La radiación, porque no necesita medio material y puede atravesar el vacío del espacio.
¿Por qué los metales se sienten más fríos que la madera a la misma temperatura?
Porque conducen mejor el calor: extraen rápidamente calor de la mano, mientras que la madera, peor conductora, lo hace más despacio.
¿Cómo funciona un termo?
Con paredes dobles separadas por vacío, que evita conducción y convección, y superficies reflectantes que reducen la radiación.
¿En qué unidad se mide el flujo de calor?
En vatios (W), que equivalen a julios por segundo.
Referencias
- Çengel, Y. A. y Ghajar, A. J. Transferencia de calor y masa. McGraw-Hill.
- Incropera, F. P. y DeWitt, D. P. Fundamentos de transferencia de calor. Pearson.
- Serway, R. A. y Jewett, J. W. Física para ciencias e ingeniería. Cengage Learning.
Cómo citar este artículo
Equipo de Conceptualia. (2026). «Transferencia de calor». Conceptualia. https://conceptualia.es/ciencias-naturales/fisica/transferencia-de-calor/
