Conductor de calor o Conducción

Conducción de calor:

La conducción de calor o transmisión de calor por conducción es un proceso de transmisión de calor basado en el contacto directo entre los cuerpos, sin intercambio de materia, por el que el calor fluye desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura que está en contacto con el primero. La propiedad física de los materiales que determina su capacidad para conducir el calor es la conductividadtérmica. La propiedad inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
La transmisión de calor por conducción, entre dos cuerpos o entre diferentes partes de un cuerpo, es el intercambio de energía interna, que es una combinación de la energíacinética y energía potencial de sus partículas microscópicas: moléculas, átomos y electrones. La conductividad térmica de la materia depende de su estructura microscópica: en un fluido se debe principalmente a colisiones aleatorias de las moléculas; en un sólido depende del intercambio de electrones libres (principalmente en metales) o de los modos devibración de sus partículas microscópicas (dominante en los materiales no metálicos).
Para el caso simplificado de flujo de calor estacionario en una sola dirección, el calor transmitido es proporcional al área perpendicular al flujo de calor, a la conductividad del material y a la diferencia de temperatura, y es inversamente proporcional al espesor:

donde:

 es el calor transmitido por unidad de tiempo.

 es la conductividad térmica.

 es el área de la superficie de contacto.

 es la diferencia de temperatura entre el foco caliente y el frío.

 es el espesor del material.

Ley de Fourier:

La conducción térmica está determinada por la ley de Fourier, que establece que el flujo de transferencia de calor por conducción en un medio isótropo es proporcional y de sentido contrario al gradiente de temperatura en esa dirección. De forma vectorial:

donde:

: es el vector de flujo de calor por unidad de superficie (W m-2).

: es una constante de proporcionalidad, llamada conductividad térmica (W m-1 K-1).

: es el gradiente del campo de temperatura en el interior del material ( K m-1).
De forma integral, el calor que atraviesa una superficie S por unidad de tiempo viene dado por la expresión:

El caso más general de la ecuación de conducción, expresada en forma diferencial, refleja el balance entre el flujo neto de calor, el calor generado y el calor almacenado en el material

donde:

: es la difusividad térmica


: es el operador laplaciano del campo de temperatura, que mide el flujo neto de calor,

: es el calor generado por unidad de volumen,

: es la densidad del material,

: es el calor específico del material,

: es la variación de temperatura con el tiempo.
La ecuación de conducción, que es un caso particular de la ecuaciónde Poisson, se obtiene por aplicación del principio deconservación de la energía.

Referencias:

•Lestina, Thomas; Serth, Robert W. (2010). Process Heat Transfer: Principles, Applications and Rules of Thumb. Academic Press

•Jiji, Latif M. (2009). Heat Conduction. Springer.

•Kreith, Frank; Manglik, Raj M.; Bohn, Mark S. (2010). Principles of Heat Transfer. Cengage Learning.