tranferencia de calor

3.- Pérdidas de calor.
3.1.- Introducción.
Las pérdidas de calor que podemos clasificar en:
1.- Pérdidas de calor a través de las paredes.
2.- Pérdidas por el calor almacenado en el revestimiento.
3.- Pérdidas por puentes térmicos, cuando en un aislamiento se colocan materiales de mayor conductividad
térmica pero de poca sección.
4.- Pérdidas por aberturas, ranuras, etc., que se presentanen puertas, ejes de ventilador, juntas de vigas,
dinteles de separación entre zonas, etc.
5.- Pérdidas de calor por elementos refrigerados por agua.
6.- Pérdidas por infiltración de aire.
En la figura 3.1.1, correspondiente a un horno de carro de tratamientos térmicos con recirculación interior
del aire, se señalan esquemáticamente las diferentes pérdidas de calor que se producen.

Figura3.1.1.- Esquema de pérdidas de calor en hornos.

1

3.2.- Pérdidas de calor por las paredes.
Los aislamientos utilizados en hornos industriales pueden adoptar la forma de pared plana en el cuerpo del
horno, de pared cilíndrica en tuberías y de pantallas de radiación en hornos de vacío.
Pared plana.
La transmisión de calor a través de un material es un fenómeno de transporte complejo,debido a que al ser
un sólido poroso intervienen en él, en mayor o menor grado, los tres mecanismos de transmisión de calor:
- CONDUCCION (En el sólido y en el gas encerrado en los poros)
- CONVECCION (En el gas).
- RADIACION (En el gas)
La ley fenomenológica que rige la conducción del calor fue propuesta por el físico y matemático francés J.
B. FOURIER.. Expondremos dicha ley con ayuda delsencillo problema del flujo unidimensional de calor a
través de una pared plana (por ejemplo, una capa de aislante). La figura 3.2.1 muestra una pared plana de
área A y espesor L, cuya cara en x = 0 se mantiene a la temperatura T1, mientras que el lado en x = L se
•

mantiene a T2 (T1 > T2 ). El flujo de calor Q (J/s) a través de la pared se efectúa en la dirección de la
disminución de latemperatura . La ley de Fourier establece que, la densidad de flujo de calor ,q, (Cantidad
de calor que atraviesa la unidad de superficie en la unidad de tiempo , [W/m2],) viene dada por :
•

Q
dT
= q = −k
A
dx

(3.2.1)

donde :
T es la temperatura local [K o °C] , x es la coordenada en la dirección del flujo [m] y k es la conductividad
térmica de la sustancia, cuyas unidades [W/m. K].Figura 3.2.1 .- Conducción Unidimensional estacionaria a través de una pared plana.
La conductividad térmica es un parámetro que depende del tipo de material (depende de manera crucial de
su estructura microscópica) y de la temperatura y representa la cantidad de calor conducido por unidad de
tiempo a través de la unidad de área (Perpendicular a la dirección del transporte de calor) cuando elgradiente
de temperatura a través del elemento conductor del calor es la unidad.
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Reordenando e integrando la ecuación (3.2.1) sobre el espesor de la pared, se tiene:
L

T2

0

T1

q ∫ dx = − ∫ kdT
donde q y A se han sacado de la integral porque son constantes. Si ignoramos la variación de k con la
temperatura, obtenemos :

q=

k
T −T T −T
∆T
(T1 − T2 ) = 1 2 = 1 2 =
L
LRter
Rter
k

(3.2.2)

V
, sugiere que ΛT = T1 -T2 puede verse como
R
un potencial impulsor del flujo de calor, así como el voltaje es el potencial impulsor de la corriente eléctrica.
L
Entonces Rter=
puede considerarse como una resistencia térmica análoga a la resistencia eléctrica.
k

La comparación de la ecuación (3.2.2) con la ley de Ohm, I =

Si tenemos una pared compuesta pordos placas de material, como se muestra en la figura 3.2.3, el flujo de
calor a través de cada placa es igual:

q=

T1 − T2 T2 − T3
=
LA
LB
kA
kB

Reordenando,

L 
q  A  = T1 − T2
 kA 

L
q B
 kB

,


 = T2 − T3


Sumando las dos ecuaciones anteriores se elimina la temperatura de la intercara T2:

L
L 
q  A + B  = T1 − T 3
 k A kB 
es decir:...