LEY DE FOURIER DE CONDUCCIÓN DE CALOR

La ley de Fourier explica la manera en la que el calor se transfiere de un sistema a otro, dice que el calor tiene magnitud y dirección, esta se propaga en las 3 dimensiones  (x, y, z) continuamente en materiales isotrópicos. Entiéndase materiales isotrópicos por aquellos en los que el flujo de calor no tiene dirección preferida.

Conducción de calor

Es la transferencia de energía de las partículas de mayor carga energética a las de menor carga energética por medio de choques, puede tener lugar en sólidos líquidos y gases. En gases y líquidos la conducción se debe a colisiones de las moléculas por su movimiento. En sólidos se debe a vibraciones de la retícula y transporte de energía por electrones libres en la superficie de un sólido.

La ecuación de Fourier para la transferencia de calor de una sola dimensión:

Sabemos que para materiales isotrópicos la conductividad térmica (k) es la misma para todas las direcciones, si todo se multiplica por un vector unitario entonces obtenemos la Forma tridimensional de la ley de Fourier:

Esta ecuación describe el transporte molecular de calor en medios isotrópicos.

¿Qué pasa si el material es anisotrópico? ¿Qué ecuación debemos utilizar?

A los materiales cuya estructura física muestra formas inconstantes se los llama anisotrópicos, entre estos se encuentran materiales fibrosos y laminados, para este tipo de sustancias la fórmula que se utilizará será:

En este caso el vector de densidad de flujo de calor no apunta a la misma dirección que el gradiente de temperatura, por ejemplo, en un material anisotrópico podría transferirse calor este no irá en las tres direcciones con la misma intensidad, podría ir 20% mas en x que en y y z.

Fuente: Bird, Fenómeno de transporte, 2º Edición

           Cenguel, transferencia de calor y masa, 3º Edición