Transcripción

Convección

La convección es la transmisión de calor de una superficie sólida a un gas o a un líquido circundante. La superficie sólida se encuentra a una mayor temperatura que el fluido que la rodea, por lo que se da una transferencia de calor hacia las partículas del fluido más cercanas a la superficie sólida. Por difusión, estas partículas calientes se alejarán de la superficie sólida y nuevas partículas, con una temperatura más baja, se acercarán, permitiendo otra vez la transferencia de calor.

Figura: Convección

El proceso anterior es conocido como convección natural, ya que se basa únicamente en el movimiento de partículas del fluido causado por la difusión. Sin embargo, el proceso de enfriamiento puede ser acelerado drásticamente si se agrega un ventilador que haga circular más rápidamente y en una dirección constante el gas alrededor de la superficie sólida, proceso conocido como advección. Este último método, que depende no sólo de la difusión sino también de la advección, es conocido como convección forzada.

Los dispositivos que utilizan convección forzada son generalmente 50% más pequeños que sus equivalentes de convección natural.  No obstante, tienen serias desventajas: una mayor demanda de energía para operar, mayor posibilidad de fallas mecánicas y mayor ruido, siendo esta última la principal problemática al tratarse de equipo de grabación o manejo de audio en general.

Sin importar si se utiliza convección natural o forzada, al aumentar el área de contacto entre la superficie sólida y el fluido, la transferencia de calor también aumentará. Es por esto que la gran mayoría de dispositivos de enfriamiento utiliza estructuras llamadas fins

Figura: Superficie con fins

Conducción

La conducción consiste en la transferencia de calor de un sólido a otro, por medio del contacto físico. La cantidad de calor transmitido entre ambos sólidos depende del área de contacto, su aspereza y la presión aplicada. Cuanto mayor sea el área de contacto, mayor la transferencia de calor. La aspereza, por su parte, es inversamente proporcional a la transferencia de calor: cuanto más ásperos sean los sólidos en contacto, menos puntos de contacto habrá entre ellos a nivel microscópico, por lo que el área de contacto también será menor; como consecuencia, la transferencia de calor disminuirá.

Figura: Contacto entre dos superficies

 Finalmente, cuanto mayor sea la presión aplicada en el área de contacto de ambos sólidos, mayor la transferencia de calor. Esta presión es lograda por medio de tornillos y resortes. Los dispositivos de enfriamiento por conducción utilizados en equipos electrónicos de audio suelen tener una presión en la zona de contacto de entre 25psi y 50 psi (libras por pulgada cuadrada), lo que equivale a 1.76-3.52 kilogramos por centímetro cuadrado.

Cada material tiene una conducción térmica (capacidad de transmitir calor) específica. Por ejemplo: los metales suelen ser mucho mejores conductores térmicos que la madera. Si aplicamos calor a un extremo de una barra de hierro, el calor será conducido rápidamente a través de toda la barra, calentado aun el extremo opuesto, a pesar de que el calor sea aplicado únicamente en un punto. Es por esto que los mangos de las sartenes suelen estar hechos o recubiertos de un material como madera o plásticos especiales con una baja conducción térmica.

Radiación

El sol es capaz de calentar la Tierra, a pesar del inmenso vacío entre ambos. Por lo tanto, la transferencia de calor no pudo darse por convección ni por conducción, sino por radiación. La radiación térmica consiste en la transferencia de calor de un cuerpo a otro, en forma de ondas electromagnéticas. Tomemos como ejemplo una hornilla. Mucho de su calor es transmitido a la olla sobre la hornilla por conducción. Sin embargo, parte de su energía calórica también es transformada en luz, por lo que la hornilla brilla. Esta emisión de luz (ondas electromagnéticas) es denominada radiación.

La longitud de onda de las ondas electromagnéticas emitidas por radiación depende de la temperatura del objeto que las emite.Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la longitud de onda (esto explica por qué el fuego azul es más caliente que el fuego amarillento). Aquí observamos  una porción del espectro electromagnético con sus longitudes onda.

Figura: Porción del espectro electromagnético

Si bien todos los objetos con una temperatura mayor al cero absoluto (-273°C) emiten calor en forma de radiación, esta forma de transferencia es la menos utilizada en los dispositivos de enfriamiento de equipos electrónicos.