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Capítulo 18
Transferencia de calor
El valor numérico de la conductividad térmica depende de las unidades elegidas para calor, espesor, área, tiempo y temperatura. Sustituyendo con las unidades del SI para cada una de estas cantidades obtenemos las unidades aceptadas siguientes: Unidades del SI: J/(s • m • °C)
o bien
W/(m • K)
Como recordará, el joule por segundo (J/s) es la potencia en watts (W), y los intervalos de temperatura kelvin y Celsius son iguales. Por desgracia, hoy en día las unidades SI de la conductividad se usan poco enla indus tria; la elección de las unidades empleadas se basa más en el criterio de lacomodidad de la medición. Por ejemplo, en el SUEU, el calor se mide en Btu, el espesor en pulgadas, el área en pies cuadrados, el tiempo en horas y el intervalo de temperatura en grados Fahrenheit. En consecuencia, las unidades de la conductividad térmica a partir de la ecuación (18.2) son SUEU: k = Btu • in/(ft2 • h • °F) En el sistema métrico, en el caso de la transferencia de calor se emplean con más frecuencia las calorías que el joule; por tanto, las unidades siguientes se usan a menudo: Unidades métricas: k = kcal/m • s • °C Los factores de conversión siguientes le serán útiles: 1 kcal/(s • m • °C) = 4186 W/(m • K 1 Btu • in/(ft2 • h • °F) = 3.445 X 10“5 kcal/(m • s • °C) Las conductividades térmicas de diversos materiales se muestran en la tabla 18.1.
Tabla 18.1 C ond u ctividad térm ica y valo res R
Conductividades térmicas, k kcal/(m • s • °C)
Btu • in/(ft2 • h • °F)
Aluminio Latón Cobre Plata Acero Ladrillo Concreto Corcho Cartón de yeso Fibra de vidrio Vidrio Poliuretano Forro de madera Aire Agua
205 109 385 406 50.2 0.7 0.8 0.04 0.16 0.04 0.8 0.024 0.55 0.024 0.6
5.0 2.6 9.2 9.7 1.2 1.7 1.9 1.0 3.8 1.0 1.9 5.7 1.3 5.7
X X X X X X X X X X X X X X 1.4 X
1451 750 2660 2870 320 5.0 5.6 0.3 1.1 0.3 5.6 0.17 0.38 0.17
10“ 10~2 10"2 10“ 2 10~2 io -4 10“4 10~? 10~5 10“5 10~4 10~6 10“5 10“6 10~4
4.2
3 PQ
W/(m • K)
fe 0
Sustancia
Valores R
0.00069 0.0013 0.00038 0.00035 0.0031 0.20 0.18 3.3 0.9 3.3 0.18 5.9 2.64 5.9 0.24
*Los valores R se basan en un espesor de 1 in.
La pared exterior de un homo de ladrillos tiene un espesor de 6 cm. La superficie interior se encuentra a 150°C y la exterior a 30°C. ¿Cuánto calor se pierde a través de un área de 1 m2 durante 1 h? Pía n: La razón de flujo de calor está dada por la ecuación 18.1. La elección de las unida des para esa cantidad queda determinada por la elección que se haga de la conductividad con base en la tabla 18.1. Usaremos unidades del SI, de modo que para el ladrillo, k = 0.7