La conducción es la transmisión de energía calorífica de partícula en partícula, dentro de un mismo cuerpo, o entre cuerpos en contacto,sin que se produzca ningún desplazamiento de sus moléculas. No todos los cuerpos transmiten igual el calor.
El flujo calorífico ( o pérdida de calor ) que por conducción y en régimen estacionario atraviesa una lámina plana, es proporcional a la diferencia de temperatura entre las caras de la lámina, a la superficie de la sección transversal, al flujo y al coeficiente de conductividad térmica e inversamente proporcional al espesor de la lámina.
Qcd = (λ/e)S(t1-t2)
Qcd = Flujo calorífico por conducción (Kcal/h) ó en (W)
λ = Coeficiente de conductividad térmica (Kcal/m hºC) ó en (W/m2K)
e = Espesor (m)
S = Sección perpendicular al flujo (m2)
t1-t2= Salto térmico (ºC)
Coeficiente de conductividad térmica
Es la cantidad de calor que pasa a través de un cuerpo homogéneo, referida a una unidad de espesor ( en una superficie de 1 m2 y un espesor de 1 m, cuando la diferencia de temperatura es de 1º C entre sus caras y durante 1 hora, expresada en Kcal).
λ = Qcd x e/S x (t1-t2) = Kca x m / m2h* x ºC
*al ser referida a la unidad de tiempo
1/λ = Resistividad térmica
Transmisión del calor
Es la cantidad de calor que pasa de una superficie a la opuesta en un cuerpo que puede ser homogéneo o heterogéneo.
La transmisión superficial es la cantidad de calor que pasa de la superficie de un cuerpo al aire circulante.
La transmisión del calor, pues, es la capacidad que tienen los cuerpos de transmitir el calor, debido a ciertas propiedades térmicas de las sustancias que los componen, denominadas resistencias térmicas. Como estas resistencias varían según la composición de las sustancias, varía por tanto la transmisión. La resistencia total de un cuerpo es la suma de las de sus componentes:
Rt = R1 + R2 + ............ + Rn
QT = (1/Rt)S(t1 - t2)
La transmisión es inversa de la resistencia total, y el coeficiente que la representa se llama coeficiente de transmisión, o bien transmitancia térmica (U).
U = 1/Rt
U se mide en W/mK ó en Kcal/h m2 ºC;
1 Kcal/h m2 ºC = 1.163 W/m2 ºC
Para los cálculos que se presentan en la técnica, interesa particularmente la conducción de calor en cuerpos planos y cilíndricos.
Pérdida de calor por conducción a través de una pared plana.
Considerando que la perdida de calor es solamente por conducción a través de la pared, y llamando λ al coeficiente de conductividad térmica, la pérdida de calor será:
Qcd = (λ/e)S(ti-te)
la pérdida o caida de temperatura será:
(ti-te) = Δt = Qcd e / λ S
Al factor e / λ se le denomina resistencia térmica que es la oposición al paso del calor que ofrece el cerramiento.
Los materiales aislantes presentan una elevada resistencia térmica, ya que las células de gas constituidas por los poros, dificultan la conductividad tanto más cuanto más pequeños son, por lo tanto los materiales aislantes suelen ser muy ligeros.
Ejercicio:
a) Calcular la pérdida de calor (Qcd) de una pared exterior de S = 15 m2, con una temperatura interior de pared de ti = 15ºC, y una temperatura exterior de pared de te = -5ºC, siendo el espesor de la pared de 1 pie = 0.30 m y λ = 0.7.
Qcd = (λ/e)S(ti-te)
Qcd = (0.7 Kcal/mhºC/0.30 m) 15m2 ( 15ºC-(-5ºC) ;
Qcd = 2.33 Kcal/m2hºC 15 m2 20ºC ;
Qcd = 700 Kcal/h
b) Si a esta pared se le añade una placa de material aislante de 3 cm y λ2 = 0.08 Kcal/mhºC ¿cuánto calor perderá?
Rt = R1 + R2 = e1/λ1 + e2/λ2
Rt = (0.3 m / 0.7 Kcal/mhºC) + ( 0.03 m / 0.08 Kcal/mhºC ) ;
Rt = 0.428 m2hºC/Kcal + 0.375 m2hºC/Kcal ;
Rt = 0.803 m2hºC/Kcal
Qcd = (1/Rt) S (ti - te)
Qcd = (1/0.803 m2hºC/Kcal) 15 m2 (15ºC - (-5ºC)) ;
Qcd = 1.245 Kcal/m2hºC 15 m2 20ºC ;
Qcd = 1.245 Kcal/m2hºC 300 m2ºC ;
Qcd = 373.59 Kcal/h