Aislación térmica

[pic]AISLACION

Mecanismos de la transferencia de calor

Existen tres formas diferentes en las que el calor puede pasar de la fuente al receptor, aún cuando muchas de las aplicaciones son en verdad combinaciones de ellas. Estas son: conducción, convección y radiación.

Conducción.

La conducción es la transferencia de calor a través de un
material fijo como la paredestacionaria mostrada en la figura 1.
La dirección del flujo será en ángulo recto a la pared si la superficie es isotérmica y el material es homogéneo e isotrópico.
Se demuestra que el flujo de calor por hora es proporcional al cambio de temperatura a través de la pared y al área de la misma A. Si t es la temperatura en cualquier punto y x es el espesor de la pared en la dirección del flujo,la cantidad de flujo de calor dQ está dada por:

[pic] (kjoule/hora) (1)

El término -(dt/dx) se llama gradiente de temperatura . O sea, la cantidad instantánea de transferencia de calor es proporcional al área y a la diferencia de temperatura que es la fuerza impulsora del calor a través del espesor dx. La constante de proporcionalidad k se denominaconductividad térmica y es propia de este mecanismo de transferencia. La conductividad térmica puede tomar un amplio rango de valores, dependiendo si el material es buen conductor del calor (un metal p.e.) o un mal conductor en cuyo caso estamos en presencia de un aislante.

Convección.

La convección es el mecanismo de transferencia de calor entre partes relativamente frías y calientes deun fluido por medio de mezcla. Suponga un recipiente con agua en una hornalla. El líquido que se encuentra en el fondo se calienta, disminuye su densidad, debido a su expansión térmica. por lo tanto asciende a través del líquido aún frío transmitiendo su calor por mezcla a medida que lo hace. Este fenómeno se denomina convección natural, si existiera cualquier tipo de agitación el proceso sedenomina convección forzada. Este mecanismo se modeliza con una ecuación similar a la (1):

[pic] (2)
La constante de proporcionalidad h es un término sobre el cual tiene influencia la naturaleza del fluido y la forma de agitación y se evalúa experimentalmente. Se denomina coeficiente de transferencia de calor.

Radiación.

La radiación involucra la transferenciade energía radiante desde una fuente a un receptor. Parte de esta energía emitida es absorbida por el receptor y parte es reflejada por él. según Boltzman la velocidad a la cual una fuente da calor es:

[pic] (3)

Aislación termica: fundamento de la conducción

Muchos fenómenos físicos que incluyen flujos tal como el calor, la electricidad o los fluidos se haobservado que la cantidad que fluye es directamente proporcional a la diferencia de potencial e inversamente proporcional a la resistencia que se opone al flujo. En verdad, la diferencia de potencial actúa como fuerza impulsora de la transferencia, escrito en forma de ecuación:

[pic] (4)

Es decir el flujo calórico existe cuando dos superficies están a distinta temperatura,oponiéndose a ese flujo la resistencia que es la recíproca de la conductancia. de manera que la ecuación (4) puede escribirse:

[pic] (5)

Para permitir un uso más amplio de la información experimental no se usan valores de conductancia sino de conductividad térmica que es la conductancia referida a valores unitarios , La correlación entre la conductancia y la conductividad para unapared de área A y espesor e son:

[pic] (6), por lo que la (5) queda:

[pic] (7).

Derivación de la ecuación general de la conducción

La ecuación (7) puede escribirse en forma diferencial:

[pic] (8)
Cuando todas las variables son independientes excepto Q, integrando la ec.(8) obtenemos:

[pic] (9) donde kA/e es la conductancia...