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FUNDAMENTOS TEÓRICOS.-
En esta práctica se trata de caracterizar los diferentes parámetros asociados a la transmisión de calor a través de una pared plana multicapa. A partir de la medida de las temperaturas en los ambientes exterior e interior, y en la superficie de las diferentes capas que componen la pared, se debe determinar los coeficientes de convección y conductividad, correspondientesa cada material. La instalación permite el intercambio de los paneles que componen la pared multicapa, caracterizándose así diferentes materiales y su influencia sobre las temperaturas características si se mantiene constante el calor generado.
Asimismo permite el montaje de paneles de poliestireno expandido, madera, e incluso placas de diferentes tipos de cristal. La colocación de una únicaplaca permite fácilmente estimar su conductividad térmica. Si se añaden placas adicionales, se pueden calcular coeficientes globales de transmisión de calor de una pared plana multicapa.
Simulando incluso el efecto de calentamiento debido a la radiación solar, mediante una lámpara incandescente colocada externamente. Midiendo las temperaturas en el recinto interior y exterior es posibleestimar el efecto de cada tipo de cristal sobre la proporción de calor transmitido al interior de la instalación.
Cuando se pone en contacto una superficie plana vertical con un fluido a diferente temperatura (por ejemplo, el aire), el flujo de energía térmica o calor transmitido por unidad de tiempo, viene dado por la Ley de Newton de enfriamiento:
q=hA(TS-T∞)

donde h es el coeficientede transferencia de calor por convección o coeficiente de película, medido en W/m2·K en el sistema internacional. Además, A es el área de la pared, Ts es la temperatura de la superficie de la pared en contacto con el fluido y T∞ es la temperatura del fluido en un punto alejado de la pared.

Por otro lado, un gradiente de temperatura dentro de una sustancia homogénea ocasiona un flujo deenergía por conducción dentro del medio. En el caso concreto de una pared plana de un material homogéneo que posee una conductividad térmica constante y uniforme en cada cara de la pared plana, que se encuentre en estado estacionario, la transferencia de calor por conducción viene dada por:

donde k es la conductividad térmica del material y se mide en W/m·K en el sistema internacional, L es elespesor de la pared y Ti – Te es la diferencia de temperatura entre la cara de la pared más caliente y la cara más fría, de forma que Ti > Te

Se puede definir, para cada mecanismo de transmisión de calor, una resistencia térmica por analogía eléctrica con la ley de Ohm, de tal forma que la resistencia a la transferencia de calor por conducción es:

y para la convección:

Así tenemosque el flujo de energía térmica q a través de una pared se realiza mediante una combinación de los mecanismos de conducción y convección. De esta forma, si hi y he son los coeficientes de película sobre las caras interior y exterior respectivamente, k, la conductividad térmica del material que forma la pared, Ti y Te las temperaturas en las superficies interna y externa de la pared, y T∞,i yT∞,e, son las temperaturas del fluido en un punto alejado de la cara interna y externa de la pared, se tiene que:

• Convección en la cara interior de la pared: qc,i = hiA(T∞,i - Ti)

• Conducción a través de la pared: qc,i = A(Ti -Te)

• Convección en la cara externa de la pared: qc,e = heA(Te -T∞,e)

Combinando estas ecuaciones, el flujo decalor transferido por unidad de tiempo a través de la pared, se puede expresar como:

qx = UA(T∞,i - T∞,e)

donde U es el llamado coeficiente global transferencia de calor:

siendo Req la resistencia térmica equivalente del sistema que, es este caso es la suma de las resistencias térmicas, ya que se encuentran en serie:

En una casa cuyas paredes están formadas por materiales...
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