{"id":49873,"date":"2020-01-08T11:02:07","date_gmt":"2020-01-08T10:02:07","guid":{"rendered":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/que-es-la-conductividad-termica-de-materiales-y-elementos-quimicos-definicion\/"},"modified":"2021-08-04T10:23:47","modified_gmt":"2021-08-04T09:23:47","slug":"que-es-la-conductividad-termica-de-materiales-y-elementos-quimicos-definicion","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/www.thermal-engineering.org\/es\/que-es-la-conductividad-termica-de-materiales-y-elementos-quimicos-definicion\/","title":{"rendered":"\u00bfQu\u00e9 es la conductividad t\u00e9rmica de materiales y elementos qu\u00edmicos? Definici\u00f3n"},"content":{"rendered":"
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La conductividad t\u00e9rmica de materiales y elementos qu\u00edmicos es variada.\u00a0Por ejemplo, un diamante tiene la conductividad t\u00e9rmica m\u00e1s alta de cualquier material a granel.\u00a0Ingenieria termal<\/div>\n<\/div>\n
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Conductividad t\u00e9rmica de materiales y elementos qu\u00edmicos.<\/h2>\n

\"Conducci\u00f3n<\/a>Las caracter\u00edsticas de transferencia de calor de un material s\u00f3lido se miden mediante una propiedad llamada\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0, k (o \u03bb), medida en\u00a0W \/ mK<\/strong>\u00a0.\u00a0Es una medida de la capacidad de una sustancia para transferir calor a trav\u00e9s de un material por conducci\u00f3n.\u00a0Tenga en cuenta que\u00a0la ley de Fourier se<\/strong>\u00a0aplica a toda la materia, independientemente de su estado (s\u00f3lido, l\u00edquido o gaseoso), por lo tanto, tambi\u00e9n se define para l\u00edquidos y gases.<\/p>\n

La\u00a0conductividad t\u00e9rmica<\/strong>\u00a0de la mayor\u00eda de los l\u00edquidos y s\u00f3lidos var\u00eda con la temperatura.\u00a0Para los vapores, tambi\u00e9n depende de la presi\u00f3n.\u00a0En general:<\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

La mayor\u00eda de los materiales son casi casi homog\u00e9neos, por lo tanto, generalmente podemos escribir\u00a0k = k (T)<\/em><\/strong>\u00a0.\u00a0Definiciones similares se asocian con conductividades t\u00e9rmicas en las direcciones y y z (k\u00a0y<\/sub>\u00a0, k\u00a0z<\/sub>\u00a0), pero para un material isotr\u00f3pico la conductividad t\u00e9rmica es independiente de la direcci\u00f3n de transferencia, k\u00a0x<\/sub>\u00a0= k\u00a0y<\/sub>\u00a0= k\u00a0z<\/sub>\u00a0= k.<\/p>\n

De la ecuaci\u00f3n anterior, se deduce que el flujo de calor de conducci\u00f3n aumenta al aumentar la conductividad t\u00e9rmica y aumenta al aumentar la diferencia de temperatura.\u00a0En general, la conductividad t\u00e9rmica de un s\u00f3lido es mayor que la de un l\u00edquido, que es mayor que la de un gas.\u00a0Esta tendencia se debe en gran parte a las diferencias en el\u00a0espacio intermolecular<\/strong>\u00a0para los dos estados de la materia.\u00a0En particular, el diamante tiene la mayor dureza y conductividad t\u00e9rmica de cualquier material a granel.<\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n<\/div>\n<\/div>\n

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Conductividad t\u00e9rmica de fluidos (l\u00edquidos y gases)<\/span><\/h2>\n

En f\u00edsica, un\u00a0<\/span>fluido<\/span><\/a>\u00a0es una sustancia que continuamente se deforma (fluye) bajo un esfuerzo cortante aplicado.\u00a0<\/span>Los fluidos<\/span><\/strong>\u00a0son un subconjunto de las fases de la materia e incluyen\u00a0<\/span>l\u00edquidos<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>gases<\/span><\/strong>\u00a0, plasmas y, hasta cierto punto, s\u00f3lidos pl\u00e1sticos.\u00a0Debido a que el espaciamiento intermolecular es mucho mayor y el movimiento de las mol\u00e9culas es m\u00e1s aleatorio para el estado fluido que para el estado s\u00f3lido,\u00a0<\/span>el transporte de energ\u00eda t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0es menos efectivo.\u00a0La\u00a0<\/span>conductividad t\u00e9rmica <\/span><\/strong>de gases y l\u00edquidos es, por tanto, generalmente menor que la de s\u00f3lidos. En los l\u00edquidos, la conducci\u00f3n t\u00e9rmica se produce por difusi\u00f3n at\u00f3mica o molecular.\u00a0En los gases, la conducci\u00f3n t\u00e9rmica es causada por la difusi\u00f3n de mol\u00e9culas desde el nivel de energ\u00eda m\u00e1s alto al nivel m\u00e1s bajo.<\/span><\/p>\n

Conductividad t\u00e9rmica de gases<\/span><\/strong><\/p>\n

\"conductividad<\/a>El efecto de la temperatura, la presi\u00f3n y las especies qu\u00edmicas sobre la\u00a0<\/span>conductividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0de un gas puede explicarse en t\u00e9rminos de la\u00a0<\/span>teor\u00eda cin\u00e9tica de los gases<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0El aire y otros gases son generalmente buenos aislantes, en ausencia de convecci\u00f3n.\u00a0Por lo tanto, muchos materiales aislantes (por ejemplo, poliestireno) funcionan simplemente al tener una gran cantidad de\u00a0<\/span>bolsas llenas<\/span><\/strong>\u00a0de\u00a0gas<\/strong>\u00a0que\u00a0<\/span>evitan la convecci\u00f3n a gran escala<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0La alternancia de la bolsa de gas y el material s\u00f3lido hace que el calor deba transferirse a trav\u00e9s de muchas interfaces, lo que provoca una r\u00e1pida disminuci\u00f3n del coeficiente de transferencia de calor.<\/span><\/p>\n

La\u00a0<\/span>conductividad t\u00e9rmica de los gases<\/span><\/strong>\u00a0es directamente proporcional a la densidad del gas, la velocidad molecular media y especialmente a la\u00a0<\/span>trayectoria libre media<\/span><\/strong>\u00a0de la mol\u00e9cula.\u00a0El camino libre medio tambi\u00e9n depende del di\u00e1metro de la mol\u00e9cula, y las mol\u00e9culas m\u00e1s grandes tienen m\u00e1s probabilidades de experimentar colisiones que las mol\u00e9culas peque\u00f1as, que es la distancia promedio recorrida por un portador de energ\u00eda (una mol\u00e9cula) antes de experimentar una colisi\u00f3n.\u00a0Los gases ligeros, como el\u00a0<\/span>hidr\u00f3geno<\/span><\/strong>\u00a0y el\u00a0<\/span>helio,<\/span><\/strong>\u00a0suelen tener una\u00a0<\/span>alta conductividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0.\u00a0Los gases densos como el xen\u00f3n y el diclorodifluorometano tienen baja conductividad t\u00e9rmica.<\/span><\/p>\n

En general, la conductividad t\u00e9rmica de los gases aumenta al aumentar la temperatura.<\/span><\/p>\n

Conductividad t\u00e9rmica de l\u00edquidos<\/span><\/strong><\/p>\n

Como se escribi\u00f3, en los l\u00edquidos, la conducci\u00f3n t\u00e9rmica es causada por difusi\u00f3n at\u00f3mica o molecular, pero no se conocen bien los mecanismos f\u00edsicos para explicar la conductividad t\u00e9rmica de los l\u00edquidos.\u00a0Los l\u00edquidos tienden a tener una mejor conductividad t\u00e9rmica que los gases, y la capacidad de fluir hace que un l\u00edquido sea adecuado para eliminar el exceso de calor de los componentes mec\u00e1nicos.\u00a0El calor se puede eliminar canalizando el l\u00edquido a trav\u00e9s de un intercambiador de calor.\u00a0Los refrigerantes utilizados en los reactores nucleares incluyen agua o metales l\u00edquidos, como sodio o plomo.<\/span><\/p>\n

La conductividad t\u00e9rmica de los l\u00edquidos no met\u00e1licos generalmente disminuye al aumentar la temperatura.<\/span><\/p>\n

<\/span>Conductividad t\u00e9rmica del sodio<\/div>
Se usa sodio l\u00edquido como fluido caloportador en algunos tipos de <\/span>reactores nucleares<\/span><\/strong>\u00a0porque tiene la\u00a0<\/span>alta conductividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0y la secci\u00f3n transversal de baja absorci\u00f3n de neutrones requerida para lograr un alto flujo de neutrones en el reactor.\u00a0Las propiedades de alta conductividad t\u00e9rmica crean efectivamente un dep\u00f3sito de capacidad calor\u00edfica que proporciona inercia t\u00e9rmica contra el sobrecalentamiento.<\/span><\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

Referencia especial: Propiedades termof\u00edsicas de materiales para ingenier\u00eda nuclear: tutorial y recopilaci\u00f3n de datos.\u00a0IAEA-THPH, OIEA, Viena, 2008. ISBN 978\u201392\u20130\u2013106508\u20137. <\/div><\/div> <\/span><\/p>\n

<\/span>Thermal Conductivity of Water and Steam<\/div>
El <\/span>agua<\/span><\/a>\u00a0y el\u00a0<\/span>vapor<\/span><\/a><\/strong>\u00a0son un fluido com\u00fan utilizado para\u00a0<\/span>el intercambio de calor<\/span><\/strong>\u00a0en el circuito primario (desde la superficie de las barras de combustible hasta el flujo de refrigerante) y en el circuito secundario.\u00a0Se utiliza por su\u00a0<\/span>disponibilidad<\/span><\/strong>\u00a0y\u00a0<\/span>alta capacidad calor\u00edfica,<\/span><\/strong>\u00a0tanto para refrigeraci\u00f3n como para calefacci\u00f3n.\u00a0Es especialmente efectivo para transportar calor a trav\u00e9s de la\u00a0<\/span>vaporizaci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0y\u00a0<\/span>condensaci\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0del agua debido a su\u00a0<\/span>gran tama\u00f1o.<\/span>calor latente de vaporizaci\u00f3n<\/span><\/a><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Una desventaja es que los reactores moderados por agua tienen que usar\u00a0<\/span>un circuito primario de alta presi\u00f3n<\/span><\/strong>\u00a0para mantener el agua en\u00a0<\/span>estado l\u00edquido<\/span><\/strong>\u00a0y para lograr una eficiencia termodin\u00e1mica suficiente.\u00a0El agua y el vapor tambi\u00e9n reaccionan con los metales que se encuentran com\u00fanmente en industrias como el acero y el cobre, que se oxidan m\u00e1s r\u00e1pidamente con el agua y el vapor sin tratar.\u00a0En casi todas las centrales t\u00e9rmicas (carb\u00f3n, gas, nuclear), el agua se utiliza como fluido de trabajo (utilizado en un circuito cerrado entre la caldera, la turbina de vapor y el condensador) y el refrigerante (utilizado para intercambiar el calor residual a un cuerpo de agua). o llevarlo por evaporaci\u00f3n en una torre de enfriamiento).<\/span><\/p>\n

Conductividad t\u00e9rmica del agua<\/span><\/strong><\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

Conductividad t\u00e9rmica del vapor<\/span><\/strong><\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

Ver tambi\u00e9n:\u00a0<\/span>Steam Tables<\/span><\/a><\/p>\n

Referencia especial: Propiedades termof\u00edsicas de materiales para ingenier\u00eda nuclear: tutorial y recopilaci\u00f3n de datos.\u00a0IAEA-THPH, OIEA, Viena, 2008. ISBN 978\u201392\u20130\u2013106508\u20137. <\/div><\/div> <\/span><\/p>\n

<\/span>Thermal Conductivity of Helium<\/div>
<\/span>El helio<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0es un elemento qu\u00edmico con\u00a0\u00a0<\/span>n\u00famero at\u00f3mico\u00a0<\/span><\/a>\u00a02<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0lo que significa que hay 2 protones y 2 electrones en la estructura at\u00f3mica.\u00a0El\u00a0\u00a0<\/span>s\u00edmbolo qu\u00edmico<\/span><\/strong>\u00a0\u00a0del helio es\u00a0\u00a0<\/span>He<\/span><\/strong>\u00a0.<\/span><\/p>\n

Es un gas monoat\u00f3mico incoloro, inodoro, ins\u00edpido, no t\u00f3xico, inerte, el primero en el grupo de gases nobles en la tabla peri\u00f3dica.\u00a0Su punto de ebullici\u00f3n es el m\u00e1s bajo entre todos los elementos.<\/span><\/p>\n

Debido a la masa molar (at\u00f3mica) relativamente baja del helio, su conductividad t\u00e9rmica, calor espec\u00edfico y velocidad del sonido en la fase gaseosa son mayores que cualquier otro gas excepto el hidr\u00f3geno.\u00a0Por su inercia y alta conductividad t\u00e9rmica, transparencia de neutrones y porque no forma is\u00f3topos radiactivos en las condiciones del reactor, el helio se utiliza como medio de transferencia de calor en algunos reactores nucleares refrigerados por gas (por ejemplo, reactores refrigerados por gas de alta temperatura – HTGR ).<\/span><\/p>\n

\"conductividad<\/a><\/p>\n

Referencia especial: Propiedades termof\u00edsicas de materiales para ingenier\u00eda nuclear: tutorial y recopilaci\u00f3n de datos.\u00a0IAEA-THPH, OIEA, Viena, 2008. ISBN 978\u201392\u20130\u2013106508\u20137.\u00a0<\/span><\/span><\/div><\/div><\/span><\/p>\n

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Conductividad t\u00e9rmica de metales<\/span><\/h2>\n

\"conductividad<\/a>Los metales<\/span><\/strong>\u00a0son s\u00f3lidos y, como tales, poseen una estructura cristalina donde los iones (n\u00facleos con sus capas circundantes de electrones centrales) ocupan posiciones traslacionalmente equivalentes en la red cristalina.\u00a0<\/span>Los metales<\/span><\/strong>\u00a0en general tienen\u00a0<\/span>alta conductividad el\u00e9ctrica<\/span><\/strong>\u00a0,\u00a0<\/span>alta conductividad t\u00e9rmica<\/span><\/strong>\u00a0y alta densidad.\u00a0En consecuencia, el transporte de energ\u00eda t\u00e9rmica puede deberse a dos efectos:<\/span><\/p>\n