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MECANISMOS TRANSFERENCIA DE CALOR Material elaborado Dr. Ing. Daniel Marcelo Modificado Ing. Raúl La Madrid Olivares raul.lamadrid@udep.pe 2 RESISTENCIA TÉRMICA 1 2 ,cond pared T T Q kA L 3 1 2,cond pared pared T T Q W R Donde: pared L C R kA W Es la resistencia térmica de la pared en contra de la conducción del calor o simplemente la resistencia a la conducción de la pared. Notar que la resistencia térmica de un medio depende de: La configuración geométrica Propiedades térmicas del medio 4 Analogía entre los conceptos de la energía térmica y eléctrica 5 Para la convección conv s sQ hA T T Se puede reacomodar como 1 conv s C R hA W 6 En el caso de la radiación 4 4 s alredrad s s alred rad s s alred rad T T Q A T T h A T T R Donde 1 rad rad s K R h A W 2 2radrad s alred s alred s s alred Q h T T T T A T T Es la resistencia térmica de una superficie contra la radiación, o bien, la resistencia a la radiación y es el coeficiente de transferencia de calor por radiación. Tanto Ts como Talred, deben de estar en Kelvin. 7 Una superficie expuesta al aire circundante comprende convección y radiación de manera simultánea. 2 comb conv rad Wh h h m K Donde hcomb es el coeficiente de transferencia de calor combinado 8 RED DE RESISTENCIAS TÉRMICAS 9 1 2 1 1 1 2 2 Razóndela Razóndela Razóndela convecióndecalor conduccióndeclaor conveccióndecalor hacia la pared através dela pared desdela pared T T Q h A T T kA h A T L 2 1 1 1 2 2 2 ,1 ,2 1 2 ,1 ,2 conv pared conv total total conv pared conv T T T T T T T Q R R R T T Q W R CR R R R W 10 A veces resulta conveniente expresar la transferencia de calor a través de un medio de una manera análoga a la ley de Newton del enfriamiento, como ( )Q UA T W donde U es el coeficiente de transferencia de calor total. 1 total UA R 11 Paredes planas de capas múltiples en SERIE 1 2 2 31 2 2 31 2 1 2 2 3 , ( ) ( )( ) ... BA A B A B A B total serie A B C KA T T Q x K A T TK A T T Q L L T TT T Q R R T T T T Q R R R R R R 31 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 Por Propiedad ... ... ... aa a C b b b a a a C b b b 12 Paredes planas de capas múltiples en serie 1 2 total T T Q W R 𝑅𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣,1 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑1 + 𝑅𝑝𝑎𝑟𝑒𝑑2 + 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣,2 1 2 1 1 2 2 1 1 L L C Wh A k A k A h A Paredes planas de capas múltiples en PARALELO 1 2 1 2 1 2 1 2 ( ) ( ) ( ) 1 1 1 ( ) 1 1 1 1 CA B C CA A B B A B C total A B C Q Q Q Q K AK A K A Q T T T T T T L L L Q T T R R R R R R R 13 Para solo dos paredes en paralelo 1 2 1 21 2 1 2 1 2 1 1 2 1 2 1 2 1 2 2 1 1 1 1 1 total total total T T T T Q Q Q T T T Q R R R T W R R R R R R R R R R 14 15 Ejemplo En la figura, se muestra una sección típica de la pared de un edificio. Esta sección se extiende hacia dentro y fuera de la página y se repite en la dirección vertical. Los miembros de soporte de la pared están fabricados de acero (k = 50 W/m· K) y tienen 8 cm (t23) x 0.5 cm (LB). El resto del espacio interior de la pared está lleno con material aislante (k= 0.03 W/m·K) y mide 8 cm (t23) x 60 cm (LA). La pared interior está fabricada con un tablero de yeso (k = 0.5 W/m.K) de 1 cm de espesor (t12) y la exterior, de ladrillo (k = 1.0 W/m K) de 10 cm de espesor (t34). ¿Cuál es el flujo promedio de calor a través de esta pared cuando T1=20°C y T4 = 35°C? 16 2 12 12 12 2 23 23 23 2 23 23 23 2 34 34 34 0.01 º 0.02 0.5 0.6 0.005 º 0.08 2.689 0.03 0.6 0.6 0.005 º 0.08 0.1936 50 0.005 0.1 º 0.1 1 a a a a b b b b a b t m C R k W L m C R t k L L W L m C R t k L L W t m C R k W 17 El circuito equivalente sería 18 El circuito equivalente sería 23 23 12 34 23 23 2 2.689 0.1936 0.02 0.1 2.689 0.1936 º 0.3006 a b total a b total total R R R R R R R R m C R W 19 ¿Cuál es el flujo promedio de calor a través de esta pared cuando T1=20°C y T4 = 35°C? 4 1 2 35 20 0.3006 49.9 total T T q R q W q m
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