¿Qué es un coeficiente de transferencia de calor?
El coeficiente de transferencia de calor define la facilidad con la que el calor pasa de un material a otro, generalmente de un sólido a un fluido o gas, o de un fluido o gas a un sólido. El calor también puede pasar de un fluido a un gas o viceversa, como es el caso del aire frío sobre un lago cálido. El calor siempre fluirá de caliente a frío para materiales en contacto directo.
Los coeficientes de transferencia de calor siempre se tienen en cuenta al diseñar equipos destinados específicamente a transferir calor, o no a transferirlo. Cocinar ollas, enfriar las aletas del motor de una motocicleta, soplar con una cucharada de sopa demasiado caliente o calentar las manos frías de otra persona son ejemplos de mejorar el coeficiente de transferencia de calor. El mayor contribuyente individual a mejores coeficientes de transferencia de calor, dadas las limitaciones del material, es el movimiento rápido de la fase fluida de los componentes. Soplar aire a través de un radiador, inducir un flujo turbulento en un intercambiador de calor o mover aire rápidamente en un horno de convección produce coeficientes de transferencia de calor mucho más altos que las condiciones inmóviles. Esto se debe a que se presentan más moléculas para absorber el calor en la superficie caliente en menos tiempo.
Por otro lado, la búsqueda de un aislamiento altamente efectivo también considera el coeficiente de transferencia de calor de cada una de sus interfaces. El aislamiento es importante para refrigeradores y congeladores, refrigeradores de picnic, ropa de invierno y hogares con eficiencia energética. Los espacios de aire muerto, huecos en espuma y materiales con baja conductividad ayudan a proporcionar aislamiento.
Cuantitativamente, el coeficiente de transferencia de calor es una función de los dos materiales en contacto; la temperatura de cada uno, que determina la fuerza impulsora; y factores que mejoran o disminuyen la transferencia de calor, como la convección o el ensuciamiento de la superficie, respectivamente. Las ecuaciones determinan la cantidad de calor que se transfiere por unidad de área, por grado de diferencia de temperatura entre los dos materiales adyacentes y por período de tiempo. Los cálculos para dimensionar equipos industriales, como calentadores e intercambiadores de calor, generalmente resuelven el calor transferido por hora porque la capacidad de producción de la planta generalmente se determina por hora.
Un coeficiente global de transferencia de calor, como el que se usa a menudo en las ecuaciones del intercambiador de calor, necesitaría considerar una serie de factores. En este ejemplo, el vapor saturado a una temperatura dada, la interfaz de vapor a tubo, la conductividad a través de la pared del tubo, la interfaz al líquido dentro de los tubos, como el aceite, y la temperatura del aceite entrante tendrían que considerarse. La información de estos factores podría ayudar a determinar qué tan grande sería necesario un intercambiador de calor y qué estrategia de diseño y materiales funcionaría mejor.