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Todas las sustancias, incluyendo todos los materiales de construcción, transfieren calor o se resisten a la transferencia de calor por los mismos métodos. En este contexto, existen algunas leyes naturales que son obedecidas, sin excepción, por todos los objetos físicos, tales como, pero no únicamente como, el alumno, papel, ladrillo, algodón, concreto, metal, madera vidrio, lana mineral, humanos, plantas, el sol, la tierra, el espacio de aire, etc. Esta transferencia de calor o flujo de calor, se da únicamente a través de tres formas elementales, que son; radiación, conducción o convención, y se define, de manera simple, como el proceso por el cual se intercambia energía en forma de calor entre los distintos cuerpos, o entre diferentes partes de un mismo cuerpo, que puedan en un momento dado, estar a diferente temperatura.

Aunque estos tres procesos de transferencia, pueden tener lugar simultáneamente, suele ocurrir que uno de los mecanismos de transferencia de calor predomine sobre los otros dos, dependiendo de la dirección en que se realice, sea esta descendente, ascendente y/o lateral.

La dirección de la transferencia de calor es una importante consideración, y en virtud de esta, nuestras acciones relacionadas con el manejo de esta transferencia, sean cuales fueran nuestras intenciones, serán de diferente naturaleza en función de la dirección del flujo.

El calor es irradiado y conducido en todas direcciones, pero por ejemplo: la convección es predominante ascendente. Las siguientes figuras muestran los tipos de transferencia de calor en función de la dirección en la radiación, es en todos los casos el modo de transferencia dominante y aquel que mayor part5icipación tiene en todas las direcciones, sobre todo si estamos considerando la radiación proveniente del sol, a través de la cubierta de un techo, por ejemplo.


Conducción

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción, y esta es el flujo de calor a través de la propia materia, mediante movimiento molecular. En un sólido cada átomo dispone de uno de ellos vibra con una intensidad reflejo de la energía calórica de que dispone. Si un átomo vibra mas que su átomo vecino, este cederá parte de ese movimiento a ese átomo adyacente, intentando que ambos se muevan al unísono. Esta transferencia de movimiento lleva implícito una transferencia de calor, pese a que en ningún momento ha existido transferencia de masa. A manera de ejemplo, si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por este fenómeno de la conducción. No se comprenden su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor.

En 1822, el matemático francés Barón Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes. En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria.


Convección

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado mecánicamente. Es este caso, el calor fluye del emisor calentando el aire ambiente, y a medida que prosigue este calentamiento, disminuye el peso específico de este aire, haciéndolo más ligero y obligándolo a ascender. El natural empuje ascendente del aire, origina un movimiento lento del mismo, calentando el ambiente adjunto de manera uniforme. Como ejemplo podemos decir que, si se calienta un liquido o un gas, su densidad suele disminuir. Si el liquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el flujo más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el flujo a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima, lo que produce un movimiento de circulación.


Radiación

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas, en la superficie de los cuerpos, como consecuencia de la excitación térmica a la que los cuerpos son sometidos. Esta radiación es emitida en todas las direcciones a la velocidad de la luz, sin que exista necesidad de medio alguno de transporte. La radiación se produce incluso en el verdadero vacío. La intensidad a que se produce transferencia de calor, depende fundamentalmente de la temperatura a la que se halle el cuerpo emisor y de la naturaleza de las caras del cuerpo. Una vez que esta radiación golpea a otro cuerpo, esta energía puede ser reflejada, transmitida o absorbida por este. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica.

La contribución de todas las longitudes de onda a la energía radiante emitida se denomina poder emisor del cuerpo, y corresponde a la cantidad de energía emitida por unidad de superficie del cuerpo y por unidad de tiempo. Como puede demostrarse a partir de la ley de Planck: todas las sustancias emiten energía radiante sólo por tener una temperatura superior al cero absoluto. Cuando mayor es la temperatura, mayor es la cantidad de energía emitida. Además de emitir radiación, todas las sustancias son capaces de absorberla. Por eso, aunque un cubito de hielo emite energía radiante de forma continua, se funde si se ilumina con una lámpara incandescente porque absorbe una cantidad de calor mayor de la que emite.

Las superficies opacas pueden absorber la radiación, generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.


Reflectividad y espacios de Aire

Con la idea de retardar el flujo de calor conductivo, paredes y techos son construidos con espacios de aire interiores. La conducción y la convección pasa a través de estos espacios de aire de forma combinada, representando solamente de un 20% a un 25% el total de calor que pasa a través de ellos. En invierno y verano, de un 65% a un 80% de todo el calor que atraviesa una pared tibia hacia una pared más fría o que ingresa a una edificación a través de la cubierta del techo, será del tipo radiante.
Los valores dimensionales de espacios de aire y aislamiento térmico deben definirse a partir de la superficie de los materiales usados. Las superficies y espacios se ven grandemente afectados por los montos de energía que transfieren por radiación, situación que depende de sus índices de absorción o de emisividad propios, que son los únicos capaces de modificar la cantidad de calor que se transfiere a través de un espacio dado. La importancia de la radiación no debe ser subestimada bajo ninguna perspectiva, sobre todo si se plantean problemas ordinarios que envuelven temperaturas de espacios de edificaciones o situaciones ligadas estrechamente al confort de personas o animales que permanecen expuestos, por espacios de tiempo prolongados.

La REFLECCION y la EMISIVIDAD en superficies solo pueden ocurrir en el espacio. Situaciones de laboratorio han determinado que el espacio ideal es alguna dimensión cercana a los 19 mm (3/4”) o más. Espacios más pequeños son también efectivos, pero en una forma decreciente, por eso donde no exista espacio de aire entre superficies, tendremos transferencia de calor conductiva entre estas. Cuando un material con superficie reflectiva es colocado en cielos o techos, paredes o pisos, esta superficie tan particular, claramente detendrá el flujo de calor radiante.

El control del calor son láminas de aluminio es posible tomando ventaja de la baja emisividad y de la baja conductividad térmica de este material. Esto es posible con la laminación de aluminio y las burbujas de aire inmovilizado, mismo que prácticamente eliminan la transferencia de calor por radiación y conducción; un hecho científico regularmente empleado por la NASA es su programa espacial.

En los transbordadores especiales, las piezas cerámicas de estructura de su estructura son recubiertas de láminas de aluminio puro para reflejar el calor antes que absorberlo. Las habitaciones espaciales se encuentran en su totalidad fabricadas de láminas de aluminio con burbujas de aire atrapado, con el fin de garantizar el acondicionamiento del lugar.

Toda esta tecnología aplicada específicamente al mejoramiento de ambiente en edificaciones, se encuentra actualmente a su disposición en Costa Rica a través del uso del aislamiento radiante llamado Reflectex®, mismo que es importado y distribuido exclusivamente en el país, por espacio de más de ocho años por DISMATEC TECNICA S.A.