Conductividad térmica: Tubería de acero al carbono frente a otras tuberías de acero

Entre los numerosos indicadores de rendimiento, la conductividad térmica es un parámetro comparativo clave para las tuberías de acero al carbono, de acero aleado y de acero inoxidable en aplicaciones como intercambio de calor, transporte de medios y sistemas energéticos. En los sectores de energía, petróleo y gas, tuberías industriales y estructuras de edificios, las tuberías de acero al carbono han sido la opción preferida para proyectos de ingeniería globales. En comparación con las tuberías de acero inoxidable y de acero aleado, las tuberías de acero al carbono no solo ofrecen ventajas en cuanto a costo y estabilidad de suministro, sino que su conductividad térmica también es un indicador técnico crucial que a menudo se pasa por alto en la selección de ingeniería.

¿Qué es la conductividad térmica?

La conductividad térmica, denotada por el símbolo λ, es un indicador que mide la capacidad de un material para conducir calor. Se define como la cantidad de calor que pasa a través de un material por unidad de espesor, unidad de área y unidad de diferencia de temperatura.

1. Unidades del SI de conductividad térmica

La unidad del SI para la conductividad térmica es el vatio por metro por Kelvin (W/m·K).
Cuanto mayor sea la conductividad térmica, mayor será la capacidad de transferencia de calor del material.
Cuanto menor sea la conductividad térmica, mejor será el aislamiento térmico y la capacidad de conservación del calor del material.

2. Fórmulas para la conductividad térmica de diferentes metales

La fórmula para la conductividad térmica es:

Q = -k · A · (dT/dx)

Donde:
Q es el calor transferido,
k es la conductividad térmica,
A es el área de la sección transversal para la transferencia de calor,
(dT/dx) es el gradiente de temperatura.

Conductividad térmica de diferentes aceros

Rangos comunes de conductividad térmica del acero (temperatura ambiente)

Tipo de acero	Conductividad térmica W/(m·K)	Propiedades
Acero al carbono	45 – 58	Buena conductividad térmica, bajo coste
Acero de baja aleación	35 – 50	Mayor resistencia, conductividad térmica ligeramente inferior
Acero inoxidable (austenítico)	15 – 30	Baja conductividad térmica, alta resistencia a la corrosión

Nota:

La conductividad térmica real se ve afectada por la composición química, el estado del tratamiento térmico, la microestructura y los cambios de temperatura. Los datos anteriores son rangos de referencia comúnmente utilizados en ingeniería.

Conductividad térmica: Tuberías de acero al carbono frente a otras tuberías de acero

1. Conductividad térmica de las tuberías de acero al carbono

El acero al carbono contiene solo trazas de elementos, además del carbono y el hierro. Este tipo de acero es el más utilizado, representando aproximadamente el 90 % de la producción total de acero. Las tuberías de acero al carbono tienen la conductividad térmica más alta, con un promedio de 45 vatios por Kelvin por metro.
Para aceros con un contenido de carbono superior al 0,1 % (el valor específico depende del espesor del acero), su resistencia puede mejorarse mediante tratamiento térmico. Los procesos de tratamiento térmico más comunes utilizados por los fabricantes incluyen el recocido, el temple y el revenido.

El efecto del tratamiento térmico en la conductividad térmica del acero al carbono
Para tuberías de acero al carbono con un contenido de carbono ≥0,1 %, los procesos de tratamiento térmico más comunes incluyen:
Recocido: Mejora la uniformidad de la microestructura;
Normalizado: Mejora las propiedades mecánicas generales;
Temple y revenido: Mejora la resistencia y la tenacidad.

2. Conductividad térmica de las tuberías de acero aleado y de acero para herramientas

Los aceros aleados contienen elementos añadidos como níquel, cobre, cromo o aluminio. La adición de estos metales afecta significativamente la resistencia del acero y otras propiedades importantes, como la ductilidad, la resistencia a la corrosión y la maquinabilidad.
Los aceros para herramientas, otro tipo importante de metal, son ideales para la fabricación de equipos de corte y perforación gracias a la presencia de tungsteno, molibdeno, cobalto y vanadio. La adición de estos elementos mejora significativamente la resistencia al calor y la durabilidad.

3. Conductividad térmica de las tuberías de acero inoxidable

El acero inoxidable tiene una conductividad térmica de tan solo 15 W/(mK), lo que le permite mantener mejor la estabilidad de la temperatura ambiente en comparación con otros tipos de acero.
Debido a su estabilidad a altas temperaturas, el acero inoxidable se utiliza comúnmente en el procesamiento de alimentos, hornos y cintas transportadoras, aplicaciones frecuentemente expuestas a altas temperaturas.

Preguntas frecuentes

1. ¿Por qué el acero al carbono tiene mayor conductividad térmica que el acero inoxidable? 

Las principales razones incluyen:
El acero al carbono tiene un bajo contenido de elementos de aleación y una estructura cristalina simple;
tiene una alta eficiencia de migración de electrones libres y baja resistencia a la transferencia de calor;
el alto contenido de cromo y níquel en el acero inoxidable reduce significativamente su conductividad térmica.

2. ¿Cómo elegir la tubería de acero al carbono adecuada para aplicaciones térmicas?

Se recomienda prestar atención a:
El rango de presión y temperatura de operación de la tubería de acero al carbono; el tipo de fluido (vapor, agua caliente, petróleo, gas);
las normas internacionales correspondientes (ASTM / EN / API).
Si se requiere aislamiento o recubrimiento anticorrosivo.

3. ¿Cómo afecta la temperatura a la conductividad térmica de la tubería de acero al carbono?

Sí.
A medida que aumenta la temperatura, la conductividad térmica del acero al carbono generalmente disminuye lentamente.
Sin embargo, en la mayoría de las condiciones industriales (≤400 °C), las tuberías de acero al carbono mantienen: una conductividad térmica estable y un comportamiento de transferencia de calor predecible.

Conclusión

Las tuberías de acero al carbono presentan una conductividad térmica significativamente mejor que las de acero aleado y acero inoxidable. Además, ofrecen menores costos de materia prima y procesamiento, cumplen con rigurosas normas internacionales, ofrecen plazos de entrega estables y son aptas para más del 80 % de los sistemas de transporte industrial.