El aluminio puro tiene una conductividad térmica aproximada de 235–237 W/m·K cerca de la temperatura ambiente, equivalente a aproximadamente 136–137 Btu/(h·ft·°F).
El valor de 237 W/m·K, citado con frecuencia, corresponde al aluminio puro. La mayoría de las piezas de ingeniería utilizan aleaciones con menor conductividad. Por ejemplo, el 6061-T6 suele indicarse con aproximadamente 167 W/m·K a 20 °C.
El valor de diseño correcto depende de la aleación, el temple, la temperatura y la forma del producto.
Conductividad térmica del aluminio por aleación
La tabla muestra valores representativos a temperatura ambiente. Son valores de referencia, no límites garantizados del material.
| Material de aluminio | Temple o condición | Conductividad térmica, W/m·K | Btu/(h·ft·°F) | Interpretación práctica |
|---|---|---|---|---|
| Aluminio puro | Cerca de la temperatura ambiente | 235–237 | 135.8–136.9 | Valor de referencia más alto de la tabla |
| 1100 | Ajuste representativo del NIST a 293 K | ≈212 | ≈122.5 | Grado comercial de alta pureza |
| 3003 | O | 193 | 111.5 | Buena conductividad y conformabilidad |
| 5052 | O | 138 | 79.7 | Aleación de chapa resistente a la corrosión |
| 6061 | T6/T651 | 167 | 96.5 | Aleación habitual para estructuras y piezas mecanizadas |
| 6063 | T6 | ≈200 | ≈115.6 | Aleación de extrusión habitual para disipadores térmicos |
| 7075 | T6 | 130 | 75.1 | Alta resistencia y menor conductividad |
Interprete la tabla teniendo en cuenta los siguientes límites de las fuentes:
- El resultado del 1100 se calcula a partir de un ajuste de curva antiguo del NIST. Su ecuación cubre de 4 a 300 K.
- El NIST indica que ambas páginas de aleaciones son antiguas y ya no se actualizan. Informa de un error de ajuste del 2 % para el 1100 y del 0,5 % para el 6061-T6.
- Esos porcentajes describen el grado de ajuste de cada ecuación a sus datos de origen. No son intervalos de variabilidad del material ni tolerancias de diseño.
Utilice la tabla para comparaciones y cálculos iniciales. Para la validación final, emplee datos de ensayo del material certificados por el proveedor.
¿Por qué difieren los valores publicados del aluminio?
El aluminio puro conduce el calor principalmente mediante electrones móviles. Los átomos de aleación alteran la red cristalina y dispersan esos electrones.
El efecto depende de cada elemento y de su estado. Los átomos de aleación disueltos suelen reducir la conductividad más que los átomos precipitados. Por ello, un tratamiento térmico puede modificar la conductividad sin cambiar la designación de la aleación.
El temple es importante por la misma razón. Los datos de Kaiser para 6061 indican 180 W/m·K en estado O y 167 W/m·K en T6/T651. La resistencia mecánica y la conductividad suelen implicar un compromiso.
Aun así, las fuentes válidas pueden diferir. La ecuación del NIST para 6061-T6 da aproximadamente 154 W/m·K a 293 K, mientras que Kaiser indica 167 W/m·K a 20 °C.
La diferencia puede deberse a los conjuntos de datos, las formas del producto o los supuestos de ensayo. Trate 154 y 167 como un caso de comparación entre fuentes, no como límites de incertidumbre.
Úselos únicamente para un análisis inicial de sensibilidad cuando no haya datos que coincidan con la forma del producto. Los datos certificados del proyecto deben definir los límites de diseño.
La respuesta a la temperatura depende del grado. El ajuste del NIST para 6061-T6 cambia notablemente entre 77 y 293 K, de aproximadamente 84 a 154 W/m·K.
El ajuste del NIST para 1100 cambia en la dirección opuesta. En el mismo intervalo, disminuye de aproximadamente 290 W/m·K a 212 W/m·K.
Estos datos abarcan desde temperaturas criogénicas hasta temperatura ambiente. No predicen el comportamiento por encima de la temperatura ambiente.
Una revisión crítica publicada en 2025 resume curvas dependientes del grado a temperaturas más elevadas. Utilice un conjunto de datos dependiente de la temperatura para la aleación y el temple exactos.
Conductividad térmica, calor específico y difusividad térmica
Estas propiedades responden a preguntas térmicas diferentes.
| Propiedad | Símbolo y unidad | Qué describe |
|---|---|---|
| Conductividad térmica | k, W/(m·K) |
Flujo de calor impulsado por un gradiente de temperatura |
| Calor específico | cp, J/(kg·K) |
Energía necesaria para cambiar la temperatura del material |
| Difusividad térmica | α, m²/s |
Rapidez con la que responde el campo de temperatura |
La difusividad térmica combina las tres propiedades del material: α = k/(ρcp). Una conductividad elevada no implica automáticamente una alta capacidad calorífica.
Utilice el calor específico del aluminio para calcular la energía almacenada o el calentamiento transitorio. Utilice la conductividad para el flujo térmico estacionario a través de una geometría conocida.
Cómo calcular el flujo de calor a través del aluminio
Para la conducción unidimensional en estado estacionario, la ley de Fourier es:
Q = k × A × ΔT / L
La resistencia térmica de conducción equivalente es:
Rcond = L / (k × A)
| Símbolo | Significado | Unidad SI |
|---|---|---|
Q |
Tasa de transferencia de calor | W |
k |
Conductividad térmica | W/(m·K) |
A |
Área normal al flujo de calor | m² |
ΔT |
Diferencia de temperatura | K |
L |
Longitud de la trayectoria térmica | m |
Los apuntes del MIT sobre transferencia de calor muestran la misma relación para una pared plana.
Considere una placa de 6061-T6 cuya fuente de calor cubre 25 × 25 mm. La placa tiene 5 mm de espesor y transmite 20 W.
Con k = 167 W/(m·K):
Rcond = 0.005/(167 × 0.000625) = 0.0479 K/W
ΔT = 20 × 0.0479 = 0.96 K
La caída ideal de temperatura a través del material es, por tanto, de aproximadamente 0.96 K. Con la misma geometría, el aluminio puro daría aproximadamente 0.68 K.
Esta estimación excluye la resistencia de propagación, las interfaces, la convección, la radiación y el calentamiento no uniforme. Estas contribuciones pueden superar la resistencia de la placa en el material.
Aluminio frente a cobre para la transferencia de calor
El cobre tiene una conductividad aproximada de 400 W/m·K a 295 K. El aluminio es mucho más ligero.
| Restricción | Cobre | Aluminio |
|---|---|---|
| Mismo espesor y área | Menor resistencia de conducción | Mayor resistencia de conducción |
| Misma masa | Menor volumen disponible | Aproximadamente 3,3 veces más volumen |
| Ventaja habitual de fabricación | Excelente propagación del calor | Bajo peso y fácil extrusión |
La tabla de referencia del NIST indica 8.96 g/cm³ para el cobre y 2.70 g/cm³ para el aluminio. Con la misma geometría, el cobre transfiere el calor con mayor eficacia a través del sólido.
Con la misma masa, cambia el espacio de diseño. El aluminio puede proporcionar más volumen, área superficial o longitud de aletas. El resultado final depende de la geometría, el flujo de aire, las interfaces y las restricciones de fabricación.
Por ello, muchos disipadores utilizan aletas de aluminio con una base de cobre o un tubo de calor. El diseño asigna a cada metal la función que mejor desempeña.
Para comparar costes, compare conjuntos entregados con el mismo rendimiento térmico. Incluya la masa de metal, la forma del material en bruto, el procesamiento, el montaje, el acabado y la logística.
Evite aplicar una relación fija entre los precios de los metales en bruto. Si el cobre añade un sobrecoste en la oferta, cuantifique la mejora de temperatura, espacio o masa que aporta.
¿Qué aleaciones de aluminio son adecuadas para piezas térmicas habituales?
Utilice esta tabla como preselección. No obstante, antes de iniciar la producción en serie, el diseño debe validarse mediante simulación y ensayos de prototipos.
| Pieza térmica | Punto de partida | Qué comprobar antes de seleccionar |
|---|---|---|
| Disipador extruido refrigerado por aire | 6063-T5 o T6 | Geometría de las aletas, resistencia, temple y acabado |
| Placa fría, base o carcasa mecanizada | 6061-T6 | Diseño de canales, sellado, montaje y datos coincidentes con la forma del material en bruto |
| Radiador o intercambiador de calor conformado | 3003 en el temple requerido | Conformado, soldadura fuerte, corrosión y sistema de revestimiento |
| Carcasa conformada o intercambiador expuesto a corrosión | 5052 en el temple requerido | Menor conductividad, espesor de pared y proceso de unión |
| Estructura térmica priorizada por resistencia | 7075-T6 | Comprobar si la mayor resistencia justifica la menor conductividad |
| Difusor de alta conductividad | 1100 o aluminio de alta pureza | Límites de resistencia, unión y fabricación |
Los datos de Hydro sobre 6063 identifican los disipadores térmicos como una aplicación típica. Sus directrices también relacionan las aleaciones 3003 y 3103 con intercambiadores de calor y componentes HVACR.
La selección final siempre depende del plano, las cargas, el entorno, el proceso y las propiedades certificadas del material en bruto.
¿Qué cambia el rendimiento térmico de una pieza real?
Aleación y temple
La conductividad disminuye cuando los átomos en solución y los defectos dispersan los electrones. El envejecimiento puede modificar el equilibrio entre solutos y precipitados. La guía del sitio sobre los temples T5 y T6 explica estas rutas metalúrgicas.
Forma del producto y procesamiento
Las placas, extrusiones, piezas forjadas y piezas fundidas pueden presentar microestructuras diferentes. La porosidad de la fundición también interrumpe las trayectorias térmicas. Siempre que sea posible, utilice datos correspondientes al material en bruto suministrado.
Geometría e interfaces
El espesor, el área de contacto, la planitud y el material de interfaz térmica afectan a la resistencia. El área de las aletas y el flujo de aire controlan la transferencia al fluido circundante. La conductividad del material es solo uno de los términos.
Anodizado y revestimientos
El óxido anódico conduce peor el calor que el sustrato de aluminio. Por ello, una cara de apoyo revestida puede añadir resistencia de contacto.
La superficie expuesta puede comportarse de forma diferente. El anodizado puede aumentar la emisividad y mejorar la transferencia de calor por radiación. Su beneficio es mayor cuando la radiación representa una parte significativa de la refrigeración.
Un estudio de disipadores refrigerados por convección natural demostró que el resultado depende de las condiciones de funcionamiento. Indique en el modelo térmico el tipo y espesor del revestimiento y el enmascarado de las superficies de contacto. Para la terminología de acabados, consulte la guía sobre anodizado de tipo I, II y III.
Cómo elegir un valor para simulación o diseño
- Identifique la aleación y el temple exactos.
- Haga coincidir el valor con la temperatura de funcionamiento.
- Confirme la forma del producto y la dirección del material.
- Priorice datos gubernamentales, normas o fichas técnicas de productores.
- Compruebe si el valor se ha medido o calculado.
- Ejecute análisis de sensibilidad con valores bajo, nominal y alto.
- Valide los conjuntos críticos con condiciones de contorno realistas.
La norma ASTM E1461-13(2022) cubre la medición de la difusividad térmica mediante el método flash. Después puede calcularse la conductividad a partir de la densidad y la capacidad calorífica. El método y los datos de entrada deben acompañar al valor publicado.
Conclusión clave
Utilice 235–237 W/m·K únicamente para aluminio puro cerca de la temperatura ambiente. Para piezas comerciales, emplee datos que correspondan a la forma y al temple del producto.
Después modele por separado la geometría, las interfaces, el flujo de aire y el estado superficial. Confirme estos parámetros antes de cambiar de aleación.
