Aislamiento Termico

Practica Nº 3

Aislamiento térmico

1. Objetivos.-

• Determinar la conductividad térmica de cada material aislante.

• Determinar las resistencias térmicas de cada pared.

• Potencia perdida a través de dichas paredes por conducción y convección en condiciones determinadas de trabajo.

2. Fundamento Teórico.-

Flujo de calor a través de una pared compuesta: resistencias en serie.

Es de interés cuando la pared consiste de varios materiales colocados juntos en serie, tales como en la construcción de un horno o cámara de combustión. Usualmente se emplean varios tipos de ladrillos refractario, puesto que aquellos que son capaces de resistir las altas temperaturas interiores son mas frágiles y caros que los que se requieren cerca de la superficie externa, donde las temperaturas son considerablemente menores. Refiriéndonos a la figura se colocan tres diferentes materiales refractarios en serie, indicados por los suscritos a, b ,c para la pared total.

To Ka Kb Kc

T1

Q T2

La Lb Lc

T3

Ra Rb Rc

RT

El flujo de calor en Btu/h a través del material a debe vencer la resistencia R, pero al pasar a través de los materiales b y c en serie. El calor entrando en la cara izquierda debe ser igual al calor que sale en la cara derecha, puesto que el estado estable sanciona el almacenamiento de calor. Si Ra y R, son diferentes, como resultado de diferente conductividad y grosor, la razón de la diferencia de temperatura a través de cada capa a su resistencia, deberá ser la misma que la razón de la diferencia total de temperatura a la resistencia total:

Para cualquier sistema compuesto que use temperaturas reales:

Reacomodando y sustituyendo:

Conductividad térmica por mediciones de conductividad eléctrica

La relación entre las conductividades térmicas y eléctricas de los metales demuestra una aplicación de la derivada de Fourier y es un método muy útil para determinar las conductividades térmicas de los metales. Una barra de metal aislada, como se muestra en la figura, tiene sus extremos transversales.

tm

Q1 t1 Q2

t2

Corriente I

Q1 Flujo de calor Q2

Expuestos a baños diferentes de temperatura constante t1 y t2 sujetando terminales eléctricas a las caras izquierda y derecha, respectivamente, se puede pasar corriente de Z amperes en la dirección indicada, generando calor a través de la longitud de la barra en el proceso estable, deben ser iguales a la cantidad de calor recibida como energía eléctrica, donde es la resistencia en ohms. De la ley de Ohm

Donde a la diferencia de voltaje, ( es la resistividad del alambre en ohms – pies y K el reciproco de la resistividad, la conductividad térmica)

Condiciones de contorno con convección

Ya se ha visto que la transferencia de calor por convección puede calcularse con:

También se puede establecer una analogía con la resistencia eléctrica para el proceso de convección reescribiendo la ecuación como:

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