¿Qué es la difusión térmica?
La difusión térmica es el proceso físico por el cual el calor se propaga desde regiones de mayor temperatura hacia regiones de menor temperatura dentro de un medio continuo. A diferencia de la convección, no implica movimiento macroscópico del fluido; a diferencia de la radiación, requiere un medio material. La velocidad a la que el calor se difunde depende de la difusividad térmica del material, que combina su conductividad térmica, densidad y calor específico. Materiales con alta difusividad (como los metales) alcanzan el equilibrio térmico rápidamente; los de baja difusividad (como la turba o el aire en reposo) lo hacen con extrema lentitud.
Difusión térmica en el suelo
La difusión térmica en el suelo sigue un patrón bien conocido en meteorología. La onda térmica diaria (calentamiento y enfriamiento del ciclo día-noche) penetra solo unos 30-50 cm en suelos típicos, atenuándose exponencialmente con la profundidad y retrasándose en el tiempo. La onda anual (verano-invierno) penetra más: hasta 5-10 metros, con un desfase de varios meses. A mayor profundidad, la temperatura del suelo permanece constante e igual a la media anual del aire en superficie. Este principio se aplica en la geotermia somera y en la construcción de bodegas y sótanos.
Difusión turbulenta en la atmósfera
En la atmósfera, la difusión molecular pura es despreciablemente lenta: el coeficiente de difusividad térmica del aire es solo 2 × 10⁻⁵ m²/s. Sin embargo, la turbulencia atmosférica produce una difusión turbulenta que es varios órdenes de magnitud más eficaz. Los remolinos turbulentos mezclan aire de diferentes temperaturas con coeficientes de difusividad efectiva de 1-100 m²/s. Esta difusión turbulenta es la que uniformiza la temperatura dentro de la capa de mezcla atmosférica durante el día, creando un perfil térmico casi adiabático.
Aplicaciones prácticas
El conocimiento de la difusión térmica tiene aplicaciones en agricultura (predicción de heladas en el suelo, diseño de invernaderos), construcción (inercia térmica de materiales, aislamiento), arqueología (detección de estructuras enterradas mediante diferencias térmicas superficiales) y climatología (modelización de la temperatura del suelo en modelos numéricos del tiempo). Los modelos meteorológicos incluyen parametrizaciones de la difusión térmica tanto en el suelo como en la atmósfera para calcular correctamente las temperaturas de superficie.
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