Calculadora de Transferencia de Calor

Calcula la transferencia de calor, la capacidad calorífica específica, la masa y el cambio de temperatura usando ecuaciones termodinámicas

kg
J/(kg·K)
K (o °C)

Fórmulas de Transferencia de Calor

La transferencia de calor es el movimiento de energía térmica de un objeto o sustancia a otro debido a una diferencia de temperatura. Existen tres modos fundamentales de transferencia de calor: conducción, convección y radiación.

Ecuación de Calorimetría

Q = m × c × ΔT

  • Q = energía calorífica transferida (Julios)
  • m = masa de la sustancia (kg)
  • c = capacidad calorífica específica (J/(kg·K))
  • ΔT = cambio de temperatura (K o °C)

Ley de Conducción de Calor de Fourier

Q/t = k × A × ΔT / d

  • Q/t = tasa de transferencia de calor (Vatios)
  • k = conductividad térmica (W/(m·K))
  • A = área de la sección transversal (m²)
  • ΔT = diferencia de temperatura a través del material (K o °C)
  • d = espesor del material (m)

Variables

  • Q — Energía calorífica (J). 1 kJ = 1.000 J; 1 cal ≈ 4,184 J.
  • m — Masa de la sustancia que se calienta o enfría (kg).
  • c — Capacidad calorífica específica, la energía necesaria para elevar 1 kg en 1 K. El agua tiene una de las más altas con 4.186 J/(kg·K).
  • ΔT — Cambio de temperatura. Un cambio de 1°C equivale a un cambio de 1 K.
  • k — Conductividad térmica, una propiedad del material que describe qué tan bien conduce el calor. Los metales tienen valores de k altos; los aislantes tienen valores de k bajos.

Capacidades Caloríficas Específicas Comunes

Material c [J/(kg·K)] Notas
Agua (líquida) 4.186 La más alta entre sustancias comunes
Hielo 2.090 A 0°C
Vapor 2.010 A 100°C y 1 atm
Aire 1.005 A presión constante
Aluminio 900 Ligero, buen conductor
Arena 840 Explica por qué la arena de la playa se calienta
Etanol 790 Disolvente común
Vidrio 710 Vidrio borosilicato
Hierro / Acero 449 Hierro fundido
Cobre 385 Excelente conductor térmico
Plomo 235 Metal denso
Oro 129 Bajo calor específico
Plata 128 Mayor conductividad térmica entre los metales

Modos de Transferencia de Calor

Conducción

Transferencia de calor a través del contacto molecular directo dentro de un sólido o entre objetos en contacto.

  • • Gobernada por la Ley de Fourier
  • • Depende de la conductividad térmica (k)
  • • Los metales son excelentes conductores
  • • Ejemplo: tocar una sartén caliente

Convección

Transferencia de calor a través del movimiento masivo de fluidos (líquidos o gases).

  • • Ley de Enfriamiento de Newton: Q/t = hAΔT
  • • Convección natural o forzada
  • • Impulsada por flotabilidad o fuerzas externas
  • • Ejemplo: hervir agua, sensación térmica del viento

Radiación

Transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas sin necesidad de un medio.

  • • Ley de Stefan-Boltzmann: Q/t = εσAT⁴
  • • No requiere contacto físico
  • • Depende de la emisividad de la superficie
  • • Ejemplo: la luz solar calentando la Tierra

Referencias

Las fórmulas y los datos de propiedades de materiales utilizados en esta calculadora se basan en principios de termodinámica establecidos y fuentes revisadas por pares:

Nota: Esta calculadora utiliza ecuaciones termodinámicas idealizadas y propiedades estándar de materiales a temperatura ambiente. Los resultados reales pueden variar debido a factores como propiedades de materiales dependientes de la temperatura, pérdidas de calor al entorno, cambios de fase y distribución no uniforme del calor.

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