Conduction, Convection, Radiation

La transferencia de calor se produce mediante tres mecanismos físicamente distintos que difieren en los requisitos necesarios para operar. La conducción transfiere energía a través del contacto molecular directo: la ley de Fourier establece q = -k A (dT/dx), de modo que el flujo de calor es proporcional al gradiente de temperatura y a la conductividad térmica k del material. El cobre, con 400 W/(m·K), y el aluminio, con 205 W/(m·K), son los materiales de referencia en la refrigeración por conducción, mientras que las espumas aislantes con k = 0,03-0,04 W/(m·K) la suprimen deliberadamente. La convección acopla la conducción en una superficie al movimiento global del fluido, descrito por la ley de enfriamiento de Newton, q = h A (T_s - T_inf), donde el coeficiente de convección h oscila entre 25 W/(m²·K) para el aire en convección natural y hasta 10.000 W/(m²·K) en ebullición nucleada en agua.

La radiación no requiere ningún medio: toda superficie por encima del cero absoluto emite energía electromagnética descrita por la ley de Stefan-Boltzmann, q = sigma epsilon A T^4, donde sigma = 5,67 x 10^-8 W/(m²·K^4) y epsilon es la emisividad superficial (0,05 para el aluminio pulido, cercana a 1,0 para un cuerpo negro). La dependencia con T^4 implica que la radiación se duplica aproximadamente cada vez que la temperatura absoluta aumenta un 19%: a 1000 K una superficie irradia 56,7 kW/m², mientras que a 2000 K irradia 907 kW/m². En la mayoría de las aplicaciones de construcción y climatización por debajo de 200 °C, la convección es el modo dominante; en hornos y cámaras de combustión por encima de 700 °C, la radiación supera ampliamente a los otros dos modos y debe gestionarse mediante materiales refractarios y control de la emisividad superficial.