Formulario breve para el estudio de los procesos de transferencia de calor (página 2)

En una barra cilíndrica con fuentes internas de
calor (uniformemente repartidas), que tiene radio interior
y radio exterior
pueden presentarse
tres casos de interés los cuales son:

• 1- El calor se evacua a través de la
  superficie exterior del tubo.

• 2- El calor se evacua a través de la
  superficie interior del tubo

• 3- El calor se evacua a través de ambas
  superficies del tubo

Las notaciones empleadas aquí pueden verse con
más detalles en la figura 2

Figura 2. Ubicaciones de los radios para
el cálculo de la conductividad térmica de una pared
cilíndrica con fuentes internas de calor

El calor se evacua a través de la superficie
exterior del tubo.

La diferencia de temperaturas vendrá dada por la
siguiente ecuación:

Principios de
aislamiento térmico

Si es necesario reducir la transferencia de calor se
debe aumentar la resistencia térmica. Para esto es
suficiente aumentar cualquiera de las resistencias
térmicas particulares, lo que se puede hacer de diferente
modo. En la mayoría de los casos esto se logra, colocando
una capa de aislamiento térmico sobre la pared.

Se conoce como aislamiento térmico a cualquier
recubrimiento auxiliar que contribuye a reducir las perdidas de
calor hacia el medio ambiente, la destinación. La
destinación especial del aislamiento puede ser diferente,
dentro de ellas:

• 1- economía de combustible

• 2- creación de la posibilidad de
  realizar procesos tecnológicos.

• 3- Aseguramiento de las condiciones sanitarias
  de trabajo

El modo de elegir y calcular el aislamiento
térmico debe ser diferente en cada caso concreto. En el
primer caso prevalecen las consideraciones del carácter
económico y en el segundo y el tercero, los requisitos de
tecnología e higiene pública.

Para aislamiento térmico puede utilizarse
cualquier material de conductividad térmica baja. Sin
embargo, hablando con rigor, se llaman aislantes a los materiales
cuyo coeficiente de conductividad térmica a una
temperatura de 50 a 100 C es menor que 0,2 W/ (m*C).

El coeficiente de conductividad térmica depende
en alto grado de su porosidad, cuanto mayor es su porosidad,
tanto menor es el valor del coeficiente efectivo de conductividad
térmica. La magnitud de la densidad del material permite
juzgar su porosidad, otro detalle importante es que con el
aumento de la porosidad disminuye la densidad del
mismo.

Cuando se elige una sustancia para aislamiento es
necesario tener en cuenta las propiedades mecánicas de los
materiales, así como su capacidad de absorber la humedad y
soportar altas temperaturas. Si el objeto que se aísla
posee altas temperaturas, por lo general se emplea un aislamiento
de capas múltiples, inicialmente se coloca algún
material que soporte altas temperaturas y luego el material mas
eficaz que desde el punto de vista de sus propiedades aislantes.
El espesor de la capa del primera material se elige de forma tal
que la temperatura en la zona de contacto con el segundo no
supere el orden de los 80 C.

Al realizar el cálculo del aislamiento debe
llevarse el siguiente orden:

Cuando la emisión calorífica ocurre en las
condiciones de conveccion libre y el medio ambiente posee una
temperatura media igual a 20 C, se puede determinar el espesor
necesario del aislamiento de las tuberías con un error
máximo de un 5 % mediante la siguiente
relación:

Si la temperatura del medio ambiente es mayor a los 20
C, también se puede aplicar esta relación, con el
inconveniente que por cada 5 C de incremento de temperatura, la
precisión de los resultados obtenidos va a disminuir en un
1,5 % aproximadamente.

Al cubrir una tubería con aislamiento
térmico, las perdidas de calor no se reducen
proporcionalmente al aumento del espesor del aislamiento, es mas
si la elección del material aislante resulta incorrecta
las pérdidas de calor crecerán. Esto se debe a que
la tubería cubierta con aislamiento aumenta su superficie
exterior, lo que mejora las condiciones de evacuación de
calor.

Existe una relación conocida como diámetro
crítico de aislamiento mediante la cual se puede comprobar
si un aislante esta elegido de forma correcta, la cual se muestra
a continuación:

Transferencia de
calor por conducción en paredes aletadas

Para tubos con aletas exteriores se utilizará una
expresión para determinar el flujo de calor que
quedará de la forma siguiente:

Autor:

MSc. Ing. Yanán Camaraza Medina1,
2

Dr. Ing. Osvaldo Fidel García
Morales 2

Ing. Sadiel Gutiérrez
López3

Ing. Carlos Manuel Brunet
Zamora4

1. Empresa Eléctrica
Matanzas

Calle Contreras # 70 e/n Santa Teresa y
Ayuntamiento, Matanzas, Cuba.

2. Universidad de Matanzas "Camilo
Cienfuegos"

Carretera a Varadero, km 31/2, Matanzas,
Cuba.

3. Empresa Eléctrica
Matanzas

Calle Contreras # 70 e/n Santa Teresa y
Ayuntamiento, Matanzas, Cuba.

4. Empresa Eléctrica
Matanzas

Calle Contreras # 70 e/n Santa Teresa y
Ayuntamiento, Matanzas, Cuba.