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

Partes: 1, 2

En una barra cilíndrica con fuentes internas de calor (uniformemente repartidas), que tiene radio interior edu.red y radio exterior edu.red 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

edu.red

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:

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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:

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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:

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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: