Difusividad Térmica

La difusividad térmica es una propiedad más de los materiales asociada o relacionada con la conductividad térmica.

difusividad térmica

¿Qué es y Representa?

Representa lo rápido que se transmite el calor por un cuerpo, pero también de la velocidad a la que cambia la temperatura del cuerpo.

Pero la idea principal detrás de la difusividad térmica es la velocidad a la que el calor se difunde por un material.

Si se somete a un cambio de temperatura a un material su temperatura variara en mayor o menor medida, cuanto mayor sea la variación mayor será su difusividad térmica.

Está muy relacionada con la conductividad térmica y con la resistencia térmica, pero no son la misma propiedad.

Fórmula de la Difusividad Térmica

Matemáticamente se representa por el símbolo alfa (α) y su fórmula es:

α = Calor conducido/ Calor Almacenado en Volumen = λ / (Cp *  ρ)

Donde:

λ, k o κ = es la conductividad térmica del material

Cp = capacidad calorífica específica del material.

ρ (rho) = densidad

Su unidad en el SI es el metro cuadrado partido por segundo (m2 /s)

Los valores de los que depende la fórmula representan:

-La conductividad térmica que capacidad de un material de transmitir el calor, es decir si es buen o mal conductor.

Lógicamente a más conductividad, más difusividad.

-La capacidad calorífica específica indica cuánto de este calor se almacena en el material.

Si se almacena, no se propaga por lo que se reduce la difusividad.

-La densidad tiene en cuenta la cantidad de sustancia presente por metro cúbico.

A mayor densidad y mayor capacidad calorífica, menor difusividad.

Si la difusividad térmica es muy alta quiere decir que el calor se propagará muy rápido por el material.

De lo contrario si la difusividad térmica es muy pequeña quiere decir que la mayoría del calor será almacenado por el material, y un poco será propagado por a través de el.

Aquí tienes algunos valores de esta magnitud en varios materiales:

difusividad térmica valores

¿De Qué Depende la Difusividad Térmica?

Es una propiedad del material que depende de la temperatura, ya que en particular la conductividad térmica, pero también la densidad y el calor específico, dependen de la temperatura.

Realmente es una medida de la velocidad a la que cambia la temperatura en un cuerpo.

Cuanto mayor es la conductividad térmica y menor la capacidad calorífica específica y la densidad, mayor será la difusividad térmica y más rápidamente se produce un cambio de temperatura en el cuerpo.

Lo que mide es la propagación de la temperatura a lo largo del tiempo como resultado de la conducción térmica en un material u objeto.

¿Para Qué Sirve?

Muchas industrias confían en la difusividad térmica para determinar los materiales más adecuados para optimizar el flujo de calor eficiente.

El aislamiento es un ejemplo de un material que requiere una baja difusividad térmica para que una cantidad mínima de calor pase a través de él en un momento dado.

Un disipador de calor es un aparato que está diseñado para llevar el calor hacia afuera y lejos de otro equipo.

Se requiere que un disipador de calor tenga una difusividad térmica muy alta que permita el transporte rápido del calor.

Si ocurriera una transferencia de calor lenta, el área que acepta el calor se calentaría y no permitiría tanto flujo de calor por unidad de tiempo.

Los disipadores de calor se utilizan en casi todos los equipos eléctricos.

Un aumento de temperatura en determinados componentes puede provocar un aumento de la resistencia eléctrica y un comportamiento inesperado.

También la difusividad térmica es necesaria para evaluar los procesos de calefacción y refrigeración, los cambios de temperatura en los espacios habitables y las tensiones térmicas en los componentes.

La cifra límite es, por ejemplo, un criterio importante a la hora de clasificar las instalaciones de ingeniería estructural para evitar la propagación del fuego.

Las tecnologías como la refrigeración, la calefacción, el mecanizado y la arquitectura mantienen a la difusividad térmica en una importancia primordial.

Cálculo de la Difusividad Térmica

En el siguiente ejemplo tienes cómo se calcula.

difusividad térmica calculo

¿Cómo Se Mide?

En la práctica para medir la difusividad térmica, se coloca una muestra de material entre dos elementos con temperaturas constantes diferentes y se evalúa el perfil de temperatura local y temporal en la muestra.

Las mejoras en la tecnología moderna han creado métodos más precisos para determinar la difusividad térmica de un objeto.

El método flash es una forma relativamente nueva de medir la difusividad térmica.

En este método, una pequeña muestra del material con dimensiones predeterminadas se recubre con pintura negra que está diseñada para hacer que la muestra se comporte como una caja negra.

A continuación, se golpea una cara de la muestra con una breve duración de luz muy intensa.

Conociendo la longitud de onda y la intensidad de esta luz, la cantidad de energía que imparte a la muestra se puede estimar fácilmente con gran precisión.

La cara opuesta de la muestra está en contacto con un termopar que mide la temperatura de esa cara.

Un osciloscopio traza la temperatura medida con respecto al tiempo.

Ya existen en el mercado aparatos que son capaces de realizar directamente esta medición.

El más usado es el Flash Laser, es decir calentar un material con un laser y nos dice el valor de su índice de su difusividad.

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