conducci n Kern capitulo 2 1

y
o

c u -tr a c k

.c

CAPITULO 2

CONDUCCION
La conductividad térmica. Los fundamentos de la conducción de
calor se establecieron hace más de un siglo y se atribuyen generalmente a Fourier. En muchos sistemas que involucran flujo, tal como
flujo de calor, flujo de fluido o flujo de electricidad, se ha observado
que la cantidad que fluye es directamente proporcional a la diferencia de potenciale inversamente proporcional a la resistencia que se
aplica al sistema, 0,

Flujo OC

potencial
resistencia

(2.1)

En un circuito hidráulico simple, la presión en el sistema es la diferencia de potencial, y la rugosidad de la tuberia es la resistencia al
flujo. En un circuito eléctrico las aplicaciones mas simples son expresadas por la ley de Ohm : el voltaje en el circuito es el potencial y ladificultad con la que los electrones emigran por el alambre, es la resistencia. En el flujo de calor a través de una pared, el flujo se lleva
a efecto por la diferencia de temperatura entre las superficies calientes y frías. Recíprocamente, de la Ec. (2.1), cuando dos superficies
de una pared están a diferente temperatura, necesariamente existe
un flujo y una resistencia al flujo de calor. Laconductunciu es la
recíproca de la resistencia al flujo de calor, y la Ec. (2.1) puede
expresarse por
Flujo 0: conductancia X potencial

(2.2)

Para hacer de la Ec. (2.2) una igualdad, la conductancia debe evaluarse de tal manera, que ambos lados sean dimensional y numéricamente correctos. Supóngase que una cantidad medida de calor Q
Btu ha sido transmitida por una pared de tamaño desconocido en unintervalo de tiempo 0 h con una diferencia de temperatura medida
At “F. Escribiendo de nuevo la Ec. (2.2)
Q = s = conductanciax At

Btu/h

(2.3)

.d o

m

o

w

w

w

.d o

C

lic

k

to

bu

y
bu
to
k
lic
C

w

w

w

N

O
W

!

h a n g e Vi
e

N

PD

!

XC

er

O
W

F-

w

m

h a n g e Vi
e

w

PD

XC

er

F-

c u -tr a c k

.c

!
O
W

y

N

DE CALOR
k
lic

k

m

m

.c

o

o

c u -tr a c k

C

licC

y la conductancia tiene las dimensiones de Btu/(h)( “F). Law . dcon.c
o c u -tr a c k
ductancia es una propiedad ponderable de toda la pared, aun cuando
se ha encontrado experimentahnente que el flujo de calor está independientemente influido por el grosor y el área de la misma. Es
de desearse diseñar una pared que tenga ciertas características respecto al flujo de calor, la conductanciaobtenida anteriormente no
es útil, y es aplicable únicamente a la pared experimental. Para
permitir un uso más amplio a la información experimental, se ha
convenido reportar la conductancia únicamente cuando todas las
dimensiones se refieren a valores unitarios. Cuando la conductancia
se reporta para una cantidad de material de un pie de grueso con un
área de flujo de un pie2, la unidad de tiempo 1 h yla diferencia
de temperatura 1°F, se llama conductividad térmica k. Las correlaciones entre la conductividad térmica y la conductancia de una
pared de grueso L y área A, están entonces dadas por
w

w

.d o

w

w

w

w

bu

DE TBANSFERENCU

h a n g e Vi
e

to

O
W
N
y

PROCESOS

XC

to

20

F-

er

bu

w

PD

h a n g e Vi
e

!

XC

er

PD

F-

Conductancia = k $
Y

Q=l+t

(2.4)

donde k tiene lasdimensiones resultantes de la expresión QL/A At o
Btu/(h) (pie2 de área de flujo) ( “F de diferencia de temperatura)/
(pie de grueso de pared) .l
Determinación experimental de le.* Sólidos no metálicos. En la
Fig. 2.1, se muestra un aparato para la determinación de la conductividad térmica de sólidos no metálicos. Consiste de una placa calefactora eléctrica, dos especímenes idénticos de prueba através de los
cuales fluye el calor y dos chaquetas de agua con las cuales el calor
se elimina. La temperatura en ambas fases del espécimen y a sus
lados se mide por medio de termocoples. Este aparato está provisto
de un anillo protector para asegurar que todo el calor medido que
entra a las placas pase a través de los especímenes con una pérdida
despreciable por sus lados. Este anillo protector...