Calculadora de resistencia térmica

La resistencia térmica mide la oposición de un material al flujo de calor, de forma análoga a la resistencia eléctrica en la teoría de circuitos. Así como la resistencia eléctrica (R = V/I) relaciona voltaje y corriente, la resistencia térmica (R_th = ΔT/Q) relaciona diferencia de temperatura y flujo de calor. Esta analogía es potente: las combinaciones en serie y en paralelo de resistencias térmicas obedecen las mismas reglas matemáticas que las redes eléctricas, lo que permite analizar sistemas de aislamiento multicapa complejos con aritmética de circuitos sencilla. La fórmula de la resistencia térmica de una placa plana es R = L / (k × A), donde L es el espesor en metros, k es la conductividad térmica en W/(m·K) y A es el área de sección transversal en m². La unidad resultante es K/W (kelvin por vatio). Una vez conocido R, el flujo de calor en estado estacionario es simplemente Q = ΔT / R, donde ΔT es la diferencia de temperatura a través del material en kelvin. El gradiente de temperatura dentro del material es ΔT / L, en unidades de K/m. La conductividad térmica k caracteriza la capacidad intrínseca de un material para conducir calor. El aire en reposo tiene k ≈ 0.024 W/(m·K), lo que lo convierte en un excelente aislante: la base de los productos de aislamiento de fibra de vidrio y espuma, que atrapan aire en celdas pequeñas. El aislamiento de aerogel de alto rendimiento alcanza k tan bajo como 0.015 W/(m·K). En el extremo opuesto, el cobre tiene k ≈ 400 W/(m·K) y se usa en disipadores, tubos de calor e intercambiadores de calor donde se requiere máxima transferencia térmica. El acero (k ≈ 50), el hormigón (k ≈ 1.4) y la madera (k ≈ 0.12) se sitúan entre estos extremos. En construcción, el rendimiento del aislamiento suele expresarse como valor R (por unidad de área): R_spec = L / k en m²·K/W. Esto permite comparar directamente espesores y materiales de aislamiento sin especificar el área del muro. Los códigos de edificación del Reino Unido y Europa establecen valores U mínimos (U = 1/R_spec) para muros, cubiertas y suelos. Un muro de cámara británico bien aislado podría alcanzar U = 0.18 W/(m²·K), lo que requiere un R_spec total > 5.5 m²·K/W. En la refrigeración electrónica, la resistencia térmica es la métrica clave para seleccionar disipadores y materiales de interfaz térmica. Un procesador con disipación de potencia de 100 W y una resistencia unión-carcasa de 0.5 K/W tendrá una temperatura del chip 50°C por encima de la temperatura de la carcasa del encapsulado. Si el material de interfaz térmica y el disipador añaden otros 1.5 K/W, la temperatura de unión sube 150°C por encima del ambiente, con riesgo de superar la temperatura máxima nominal. Minimizar cada elemento de la cadena de resistencia térmica desde el chip hasta el ambiente es esencial para un diseño electrónico fiable.