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Casi todos los equipos y electrodomésticos en el hogar y el entorno laboral están diseñados para transferir calor o evitarlo. Algunos metales se utilizan en electrodomésticos porque mejoran la **conducción del calor**, que es la transferencia de calor de una parte de una sustancia a otra.
Ejemplos de buenos conductores del calor son el cobre, el aluminio, el latón y el acero inoxidable. Otros son el hierro fundido, el acero al carbono, el titanio y las aleaciones de níquel. Los metales de mala conducción del calor incluyen materiales que bloquean la transferencia de calor y las superficies frías como la lana de vidrio.
A continuación, se presenta una discusión más detallada de cada uno:
Metales buenos conductores del calor
Los metales buenos conductores del calor son excelentes materiales de transferencia de calor y cocción. Las capacidades caloríficas específicas de estos metales oscilan alrededor de 0,3854 kJ/kg, lo que los hace ideales para ollas, sartenes, serpentines de calentamiento y intercambiadores de calor industriales ampliamente utilizados.
El cobre es un metal de primera calidad para utensilios de cocina porque, al igual que el aluminio, transfiere el calor de manera uniforme y eficiente. Se mezcla ampliamente con otros metales, incluidos el zinc, el latón y el acero inoxidable, para diversas aplicaciones industriales. Los usos adicionales de los utensilios de cocina de cobre incluyen la electrólisis, el cableado y la fabricación de aleaciones. Por otro lado, el aluminio es un metal ligero con buena conductividad eléctrica y térmica. Es preferible para métodos de cocción que se calientan rápidamente.
El acero al carbono está hecho principalmente de hierro, como el hierro fundido, pero es menos denso, más ligero y fácil de maniobrar. Los utensilios de cocina hechos de acero al carbono necesitan un poco de sazonado; cuando se sazona, proporciona la misma superficie antiadherente que el hierro fundido. Los fabricantes de intercambiadores de calor utilizan latón. El metal es duradero, resistente a la corrosión del agua y bueno para la transferencia de calor. El acero inoxidable combina hierro, carbono, níquel y cromo. El resultado es un metal que funciona bien, tiene resistencia al óxido y la corrosión, y conduce mal el calor. El acero inoxidable no se oxida en lugares húmedos como algunos metales. Debido a que no es magnético, el acero inoxidable no retendrá impurezas que puedan contaminar el agua. Por último, los utensilios de cocina de hierro fundido se calientan de manera desigual y tienden a ser pesados. Una vez que los utensilios de cocina de hierro fundido están calientes, permanecen calientes durante mucho tiempo.
Metales malos conductores del calor
Los malos conductores son materiales aislantes que se utilizan para reducir la transferencia de energía. Los metales actúan como aislantes para evitar la pérdida de calor. Los materiales aislantes incluyen lana de vidrio, fibra de vidrio, cáñamo y aerogel.
La lana de vidrio, también llamada aislamiento de fibra de vidrio, se produce cuando el vidrio fundido se corta en hebras. Tiene varios usos industriales, como el aislamiento de calderas, tuberías de vapor y tuberías de agua. Las tuberías de fibra de vidrio son translúcidas y tienen un interior liso. Los fabricantes las mezclan con resina, vidrio triturado y cal. El producto da como resultado un material resistente y duradero con bajas conversaciones hidráulicas y alta resistencia tangencial.
El aerogel es uno de los materiales sólidos de menor densidad del mundo y el material más fresco jamás fabricado. Tiene una capacidad de aislamiento 39% mejor que cualquier otro material. El aerogel se utiliza en transbordadores espaciales para mantener el calor y es popularmente conocido como "humo congelado". El material es ligero y su gel se reemplaza por aire. La temperatura ambiental del cáñamo es mucho más alta que la temperatura normal, y la conductividad térmica es mucho más baja que la mayoría de los materiales de aislamiento alternativos.
Difusividad térmica
La capacidad del calor para difundirse a través de un metal se conoce como difusividad térmica. Muestra la rapidez con la que el calor se lleva a través de una determinada sustancia metálica. La difusividad térmica tiene un impacto significativo en toda la conductividad térmica del metal. La ecuación para la difusividad térmica es la siguiente:
Difusividad térmica = (conductividad térmica)/(densidad × capacidad calorífica específica)
Densidad
La masa por unidad de volumen de un material se conoce como su densidad. Los metales exhiben una amplia gama de densidades, desde metales ligeros como el magnesio y el aluminio hasta metales pesados como el tungsteno y el oro. La densidad tiene un impacto en la conductividad térmica de un material. En general, los materiales con menor densidad transfieren menos calor.
Capacidad calorífica específica
La cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un grado se conoce como capacidad calorífica específica. Los metalúrgicos generalmente consideran la capacidad calorífica específica como una variable vital, ya que afecta la rapidez y eficiencia con la que un material absorbe y transmite calor. Los metales que tienen capacidades caloríficas específicas más bajas se calientan más rápidamente y transmiten el calor de manera más efectiva.
Los equipos y herramientas de cocina de metales conductores del calor generalmente se mantienen fácilmente. Seguir estos consejos básicos puede mantener el equipo en buen estado y durar mucho tiempo.
Limpie la superficie regularmente.
El primer paso en el mantenimiento es limpiar regularmente la superficie de los equipos posventa de metal conductor del calor. La suciedad, la grasa, los residuos de alimentos y otras impurezas deben eliminarse para garantizar una buena transferencia de calor e higiene. Usar agua jabonosa tibia y una esponja suave para limpiar puede evitar que la superficie se raye. Evite usar cuchillas afiladas o cepillos duros para eliminar las manchas difíciles. Para las herramientas de metal conductor del calor, la limpieza regular puede evitar la acumulación de suciedad, mantener una buena conductividad térmica y garantizar la seguridad e higiene del usuario.
Mantenga el entorno de almacenamiento adecuado.
El metal conductor del calor requiere un entorno de almacenamiento adecuado. Idealmente, almacenarlo en un lugar seco, ventilado y fresco ayuda a evitar ambientes de alta humedad o alta temperatura. La humedad excesiva puede provocar oxidación y corrosión, mientras que las altas temperaturas pueden dañar la integridad y las propiedades de los metales conductores del calor. Mantenerlo alejado de fuentes de calor directo puede evitar daños por deformación o grietas. Además, almacenar equipos y herramientas de manera razonable puede evitar el riesgo de colisiones y rasguños, manteniéndolos en buen estado durante mucho tiempo.
Utensilios de cocina:
Los fabricantes de artículos de cocina utilizan el concepto de conducción de calor para fabricar artículos de cocina como sartenes, ollas y cuchillos. Estos artículos están hechos de metales como el aluminio y el acero inoxidable que transportan el calor de manera uniforme para cocinar los alimentos de manera consistente.
Intercambiadores de calor industriales:
Industrias como la refinación de petróleo y el procesamiento químico intercambian calor entre fluidos y aire utilizando intercambiadores de calor. Los dispositivos tienen tubos y aletas hechos de metales que conducen el calor de manera efectiva. Esto promueve buenos flujos de procesos industriales.
Electrónica:
Dispositivos como teléfonos inteligentes y computadoras utilizan metales conductores del calor para dispersar el calor generado por la CPU y otros componentes durante el funcionamiento para evitar el sobrecalentamiento. Para este fin, las empresas utilizan materiales de interfaz térmica (TIM), que crean un enlace entre las fuentes de calor y los disipadores de calor.
Aplicaciones aeroespaciales:
En la ingeniería aeroespacial, los metales que promueven el flujo de calor son cruciales para fabricar partes de la nave espacial como satélites y cohetes. Los metales como el cobre son populares porque promueven una buena transferencia de calor. Los metales conductores del calor también ayudan en los sistemas de gestión térmica para controlar las fluctuaciones de temperatura de la nave espacial mientras está en el espacio.
Dispositivos médicos:
Los fabricantes utilizan metales que conducen el calor al fabricar instrumentos como herramientas quirúrgicas y equipos de diagnóstico. Una buena transferencia de calor mejora la precisión de la medición y el control, especialmente en dispositivos como esterilizadores e incubadoras.
Seleccionar los conductores de calor metálicos adecuados para cualquier aplicación puede ser una tarea bastante difícil, pero con algunos consejos guiados, se puede hacer con facilidad. Al comprar conductores de calor metálicos, es importante comprender qué aplicación los necesita. Los conductores se pueden utilizar en artículos de cocina, electrónica, construcción e incluso pistas de hielo. Identificar la aplicación y determinar qué tipo de conductor se necesita facilitará la compra.
También es importante investigar los tipos específicos de conductores que funcionan mejor para el propósito previsto. No todos los conductores de calor metálicos son compatibles con todos los dispositivos electrónicos, dispositivos de cocina o materiales de construcción. Esto nos lleva al siguiente punto: compatibilidad. El nuevo conductor de calor metálico debe ser compatible con la construcción o el dispositivo electrónico en el que se pretende mejorar la transferencia de calor. En caso de duda, consulte a un experto para que lo guíe en la decisión y lo ayude con las recomendaciones.
El presupuesto es otro factor que influirá en la elección final del conductor de calor. Si bien algunos metales, como el cobre, son conductores de calor excepcionales, también tienden a estar en el extremo superior de la tabla de precios. Si el cobre no está dentro del presupuesto, se pueden explorar otras alternativas, como el aluminio y el acero, según la aplicación.
Por último, los vendedores y proveedores ofrecen diferentes tipos de metales, especificaciones y precios. Considere la reputación del vendedor y la certificación del producto para garantizar que lo que se está comprando es un conductor de calor metálico real que hará el trabajo.
P1: ¿Cómo funciona la conducción de calor en los metales?
A1: En los sólidos, los átomos están estrechamente unidos y, cuando un átomo vibra debido al calor, hace que el átomo adyacente vibre. El proceso continúa con más átomos vibrando alrededor de la fuente de calor. Así es como el calor viaja en el metal a través de la vibración atómica.
P2: ¿Qué metal tiene la mejor conducción de calor?
A2: La plata tiene la conductividad térmica más alta de todos los metales. Sin embargo, a pesar de su gran conductividad térmica, no es el metal más utilizado en aplicaciones como intercambiadores de calor, utensilios de cocina y componentes electrónicos, debido a su alto costo. El cobre se utiliza en su lugar porque tiene una excelente conductividad térmica y es más asequible. Otros metales con buena conductividad térmica incluyen el aluminio, el latón y el bronce.
P3: ¿Qué determina la cantidad de calor que puede conducir un metal?
A3: Varios factores afectan la capacidad de un metal para conducir el calor. Estos incluyen la estructura atómica y los enlaces, la temperatura, la pureza y la presencia de impurezas y defectos. Como se discutió anteriormente, los metales con una estructura de red cúbica centrada en el cuerpo tienen una conductividad térmica más baja. Además, los metales altamente ordenados también tienen una mejor conductividad térmica que aquellos con una disposición atómica desordenada. Además, a medida que aumenta la temperatura, los átomos vibran más y aumenta la conducción de calor. Sin embargo, cuando la temperatura se vuelve demasiado alta, la conductividad térmica puede disminuir debido al aumento del movimiento de impurezas y defectos.
P4: ¿Cuál es la diferencia entre conducción de calor y conductividad térmica?
A4: La conducción de calor es el proceso mediante el cual el calor viaja en los materiales, mientras que la conductividad térmica es una medida de qué tan bien conducirá el calor un material. Los metales como el cobre y la plata tienen una alta conductividad térmica, mientras que los malos conductores como el caucho y la madera tienen una baja conductividad térmica.