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• AndreaChicaiza

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TRANSFERENCIA DE CALOR EN CONFIGURACIONES COMUNES Las configuraciones geométricas hasta ahora han sido simples (paredes, cilindros y esferas) ya que la transferencia de calor para estas son unidimensionales, pero en la vida la transferencia de calor se encuentran en forma bidimensional o tridimensional, provocando que la geometría se complique un poco. Para obtener una solución sencilla se trata de abarcar dos superficies que se mantengan a temperaturas constantes (T1 y T2), lo que permitirá lograr determinar la razón de transferencia de calor estacionaria entre estas dos superficies. 𝑄 = 𝑆𝑘(𝑇1 − 𝑇2 ) Donde 

S: Factor de forma de conducción



K: Conductividad térmica del medio entre las superficies.

Después de diferentes estudios se determinaron varias configuraciones para la práctica estas están dadas en la tabla 3-7. Llegado a conocer el factor de forma para una configuración geométrica es factible obtener la razón total de transferencia de calor a partir de la previa ecuación, nótese que los factores son aplicables entre las superficies por conducción por lo que no se pueden aplicar en gases o líquidos, que comprende corrientes naturales o forzadas de convección. Al comparar las ecuaciones 3-4 y 3-85, se pudo demostrar que el factor de forma de conducción “S”, está relacionado con la resistencia térmica “R” por lo que estas son inversas una de otra.

Tabla 3-7: Factores de forma de conducción, S, para varias configuraciones con el fin de usarse en 𝑸̇ = 𝒌𝑺(𝑻𝟏 − 𝑻𝟐 ) para determinar la razón estacionaria de transferencia de calor a través de un medio de conductividad térmica k entre las superficies a las temperaturas 𝑻𝟏 y 𝑻𝟐 .

EJERCICIO 3-13 EJERCICIO 3-15 EJERCICIO 3-14

TEMA DE INTERÉS ESPECIAL * La razón de transferencia de calor a través de paredes y techos se puede determinarse a través de una sección a partir de: 𝑄̇ = 𝑈𝐴(𝑇𝑖 − 𝑇0 ) =

𝐴(𝑇𝑖 − 𝑇0 ) 𝑅

Donde    

Ti y To: temperaturas del aire en el interior y el exterior A: Área de transferencia de calor U: Coeficiente de transferencia de calor R: Resistencia térmica

Las paredes y los techos de los edificios constan de varios elementos que pueden ocasionar diferencias de maneras significativas, por lo que no resulta práctico enlistar los valores de resistencia térmica, para lo cual se puede determinar con la mayor exactitud en un laboratorio, al armar en realidad la unidad y probar como un todo, pero este procedimiento suele ser muy tardado y costoso. Se puede determinar la resistencia térmica de una capa de espesor L y conductividad térmica k a partir de: R=

L k

Por conveniencia, en la tabla 3-8 se da una lista de las resistencias térmicas unitarias de varios componentes usados en las estructuras de edificios Tabla 3-8: Resistencia térmica unitaria (valor R) de componentes comunes usados en la construcción

Valor R Componente Superficie exterior

𝑚2 ∗ º𝐶 𝑊

𝑓𝑡 2 ∗ ℎ ∗ º𝐹 𝐵𝑡𝑢

0.03

0.17

(invierno) Superficie 0.044 0.25 exterior (verano) Superficie interior, aire 0.12 0.68 estático Espacio plano lleno de aire, vertical, superficies comunes(𝜀𝑒𝑓 = 0.82): 13 mm 0.16 0.90 (1/2 in) 20 mm 0.17 0.94 (3/4 in) 40 mm 0.16 0.90 (1.5 in) 90 mm 0.16 0.91 (3.5 in) Aislamiento, 25 mm (1 in): Fibra de 0.7 4.00 vidrio Lámina de fibra 0.66 3.73 mineral Espuma rígida de 0.98 5.56 uretano Estuco, 25 mm 0.037 0.21 (1 in) Ladrillo de fachada 100 mm 0.075 0.43 (4 in) Ladrillo común, 0.12 0.79 100 mm (4 in) Forro de acero 0.00 0.00 Escoria, 13 mm 0.067 0.38 (1/2 in) Madera, 25 mm 0.22 1.25 (1 in) Montante de madera nominales 2 in x 4 in (3.5 in o 90 mm 0.63 3.58 de ancho) Montante de madera nominales 2 in x 6 in (5.5 in o 140 mm 0.98 5.56 de ancho) Loseta de arcilla, 0.18 1.01 100 mm (4 in) Loseta acústica 0.32 1.79 Teja de asfalto 0.077 0.44 Papel para 0.011 0.06 construcción

Bloque de concreto, 100 mm (4 in): Ligero 0.27 1.51 Pesado 0.13 0.71 Tablero de yeso 13 mm (1/2 in) 0.079 0.45 Lámina de fibra de madera 13 mm (1/2 in) 0.23 1.31 Madera contrachapada 13 mm (1/2 in) 0.11 0.62 Concreto, 200 mm (8 in): Ligero 1.17 6.67 Pesado 0.12 0.67 Mortero de cemento 13 mm (1/2 in) 0.018 0.1 Tablas de forro achaflanadas y traslapadas de madera, 13 mm x 200 mm (1/2 in x 8 in) 0.14 0.81