Ejemplo: pérdida de calor a través de una pared
Una fuente importante de pérdida de calor de una casa es a través de las paredes. Calcule la tasa de flujo de calor a través de una pared de 3 mx 10 m de área (A = 30 m 2 ). La pared tiene 15 cm de espesor (L 1 ) y está hecha de ladrillos con la conductividad térmica de k 1 = 1.0 W / mK (pobre aislante térmico). Suponga que las temperaturas interior y exterior son 22 ° C y -8 ° C, y los coeficientes de transferencia de calor por convección en los lados interior y exterior son h 1 = 10 W / m 2 K y h 2 = 30 W / m 2K, respectivamente. Tenga en cuenta que estos coeficientes de convección dependen en gran medida especialmente de las condiciones ambientales e interiores (viento, humedad, etc.).
- Calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared no aislada.
- Ahora suponga aislamiento térmico en el lado exterior de esta pared. Use aislamiento de poliestireno expandido de 10 cm de espesor (L 2 ) con la conductividad térmica de k 2 = 0.03 W / mK y calcule el flujo de calor ( pérdida de calor ) a través de esta pared compuesta.
Solución:
Como se escribió, muchos de los procesos de transferencia de calor involucran sistemas compuestos e incluso involucran una combinación de conducción y convección . Con estos sistemas compuestos, a menudo es conveniente trabajar con un coeficiente de transferencia de calor en general , conocido como un factor U . El factor U se define mediante una expresión análoga a la ley de enfriamiento de Newton :
El coeficiente global de transferencia de calor está relacionado con la resistencia térmica total y depende de la geometría del problema.
- pared desnuda
Suponiendo que la transferencia de calor unidimensional a través de la pared plana y sin tener en cuenta la radiación, el coeficiente global de transferencia de calor se puede calcular como:
El coeficiente global de transferencia de calor es entonces:
U = 1 / (1/10 + 0.15 / 1 + 1/30) = 3.53 W / m 2 K
El flujo de calor se puede calcular simplemente como:
q = 3.53 [W / m 2 K] x 30 [K] = 105.9 W / m 2
La pérdida total de calor a través de este muro será:
q pérdida = q. A = 105,9 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 3177W
- pared compuesta con aislamiento térmico
Suponiendo que la transferencia de calor unidimensional a través de la pared compuesta plana, sin resistencia de contacto térmico y sin tener en cuenta la radiación, el coeficiente global de transferencia de calor se puede calcular como:
El coeficiente global de transferencia de calor es entonces:
U = 1 / (1/10 + 0.15 / 1 + 0.1 / 0.03 + 1/30) = 0.276 W / m 2 K
El flujo de calor se puede calcular simplemente como:
q = 0.276 [W / m 2 K] x 30 [K] = 8.28 W / m 2
La pérdida total de calor a través de este muro será:
q pérdida = q. A = 8,28 [W / m 2 ] x 30 [m 2 ] = 248 W
Como se puede ver, una adición de aislante térmico causa una disminución significativa en las pérdidas de calor. Debe agregarse, una adición de la siguiente capa de aislante térmico no causa un ahorro tan alto. Esto se puede ver mejor con el método de resistencia térmica, que se puede utilizar para calcular la transferencia de calor a través de paredes compuestas . La tasa de transferencia de calor constante entre dos superficies es igual a la diferencia de temperatura dividida por la resistencia térmica total entre esas dos superficies.
Pérdidas de calor – Aislamiento térmico
Para minimizar las pérdidas de calor en la industria y también en la construcción de edificios, el aislamiento térmico es ampliamente utilizado. El propósito del aislamiento térmico es reducir el coeficiente global de transferencia de calor mediante la adición de material con baja conductividad térmica . El aislamiento térmico en los edificios es un factor importante para lograr el confort térmico de sus ocupantes. El aislamiento térmico reduce la pérdida de calor no deseada y también reduce la ganancia de calor no deseada . Por lo tanto, el aislamiento térmico puede disminuir las demandas de energía de los sistemas de calefacción y refrigeración. Debe agregarse, no hay material que pueda evitar por completo las pérdidas de calor, las pérdidas de calor solo se pueden minimizar.
Del mismo modo que para la ropa, el aislamiento térmico se basa en materiales de baja conductividad térmica y en su geometría (por ejemplo, ventanas de doble panel). Las propiedades aislantes de estos materiales provienen de las propiedades aislantes del aire. Muchos materiales aislantes (por ejemplo, lana de vidrio) funcionan simplemente al tener una gran cantidad de bolsas llenas de gas que evitan la convección a gran escala . La geometría de estos materiales también juega un papel crucial. Por ejemplo, aumentar el ancho de la capa de aire, como el uso de dos paneles de vidrio separados por un espacio de aire, reducirá la pérdida de calor más que simplemente aumentar el espesor del vidrio, ya que la conductividad térmica del aire es mucho menor que la del vidrio.
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Este artículo se basa en la traducción automática del artículo original en inglés. Para más información vea el artículo en inglés. Puedes ayudarnos. Si desea corregir la traducción, envíela a: translations@nuclear-power.com o complete el formulario de traducción en línea. Agradecemos su ayuda, actualizaremos la traducción lo antes posible. Gracias.
