Calculadora de Transferencia de Calor
Calcula la transferencia de calor, la capacidad calorífica específica, la masa y el cambio de temperatura usando ecuaciones termodinámicas
Energía Calorífica (Q)
Masa (m)
Calor Específico (c)
Cambio de Temp. (ΔT)
Solución Paso a Paso
Tasa de Flujo de Calor (Q/t)
Resistencia Térmica (R)
Solución Paso a Paso
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:
- Engineering ToolBox – Specific Heat Capacity of common Substances
- Engineering ToolBox – Thermal Conductivity of common Materials
- NIST – Fundamental Physical Constants
- OpenStax University Physics Vol. 2 – Heat Transfer, Specific Heat, and Calorimetry
- HyperPhysics – Heat Transfer
- Incropera, F. P., DeWitt, D. P., Bergman, T. L., & Lavine, A. S. (2006). Fundamentals of Heat and Mass Transfer (6th ed.). John Wiley & Sons.
- Çengel, Y. A., & Boles, M. A. (2014). Thermodynamics: An Engineering Approach (8th ed.). McGraw-Hill Education.
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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