TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN

Se realiza en un mismo cuerpo cuando sus partes están a distintas temperaturas. También puede darse entre dos cuerpos que se encuentren a distintas temperaturas, siempre que estén en contacto. La conducción del calor se produce debido a que las moléculas que están a mayor temperatura, y por lo tanto tienen mayor agitación, van chocando con las que tienen al lado y éstas a su vez con las siguientes, propagando progresivamente el calor.

Los materiales se clasifican en función de la facilidad para conducir el calor en conductores o aislantes térmicos. Los metales en general son buenos conductores y, de entre ellos, la plata, el cobre y el aluminio son los mejores. Como aislantes se encuentran aquellos cuerpos que almacenan aire en su interior como son las plumas, el corcho o el poliestireno. El resto de los materiales propagan con mayor o menor facilidad el calor.

Esta conductividad térmica es propia de cada material. Se mide mediante el coeficiente de conductividad térmica. El coeficiente de conductividad térmica de un cuerpo (λ) se define como la cantidad de calor que atraviesa en un segundo un metro cuadrado de dicho cuerpo, con un espesor de un metro y una diferencia de temperatura de un Kelvin entre las dos superficies del cuerpo. La unidad es vatio dividido entre metro de espesor y grado Kelvin:  W/m·K.

Otra magnitud física muy importante es el flujo calorífico, la Q con un punto encima. Es una medida del calor que atraviesa un cuerpo, de un espesor y superficie determinados, en la unidad de tiempo (potencia térmica). Se mide en vatios y se calcula, en el caso de superficies planas, con la fórmula:

Siendo:

Q^• : Flujo calorífico por conducción en W

λ:  Coeficiente de conductividad térmica en W/mK. También puede ir en W/mºC, ya que coinciden los valores y es más usual conocer las temperaturas en ºC

e: Espesor en m

S: Superficie en m²

t_1-2 : Temperaturas a ambos extremos de la superficie en K. La diferencia de temperaturas en ºC o en K son iguales, por lo que pueden ponerse en ºC

Por contra, la resistencia térmica R mide la oposición al paso de calor de un material, de un espesor determinado. Por lo tanto es inversamente proporcional a la conductividad térmica. Sus unidades son m²·K/W

RESISTENCIA TÉRMICA TOTAL

Una pared de un edificio separa y aisla el interior de las viviendas. La pared se compone de distintos materiales, cada uno con un espesor y un coeficiente de conductividad propio. Entre el interior y el exterior hay una diferencia de temperatura y por lo tanto, como has visto anteriormente, habrá una transferencia de calor. Esa transmisión se produce por las tres formas que acabas de ver y en la práctica, los tres medios de transmisión se producen simultáneamente, y no pueden disociarse.

En el caso de una pared compuesta, suponiendo que la temperatura interior t_i sea mayor que la exterior t_e, el flujo calorífico se transmite de las siguientes formas:

•  Por convección y radiación de la temperatura del aire con la superficie interior de la pared a t_i.
•  Por conducción de la temperatura t_i de la cara interior del muro hasta la temperatura exterior t_e a través del muro compuesto.
•  Por convección y radiación del aire con la superficie exterior de la pared a t_e.

Para hacer cálculos resulta mucho más útil calcular la resistencia que ofrece cada capa de la pared. Esa resistencia total será la suma de las resistencias de cada uno de los componentes de la pared más la resistencia a uno y otro lado por convección-radiación.

Si llamamos R_si y R_se a las resistencias térmicas de las superficies interior y exterior de la pared, podremos expresar el valor de la resistencia total de la pared compuesta como…

Sustituyendo, tenemos:

 

GRADIENTE DE TEMPERATURA

Se puede observar como la temperatura de la cara interna de la pared es algo más fría que la temperatura del aire interior y cómo la temperatura de la cara externa es algo más caliente que la temperatura del aire exterior

TRANSMITANCIA

La transmitancia térmica (U) mide la capacidad que tienen los cuerpos de transmitir el calor. Es la inversa de la resistencia total.

                                    

La transmitancia se mide en W/m² K.

Como puedes observar en la tabla, el Código Técnico de la Edificación pone como límite unos valores máximos de transmitancia. Ello implica que exige unos aislamientos mínimos con el fin de ahorrar energía. Además es más exigente con las zonas más desfavorables. Hace una clasificación en 6 zonas dependiendo de la severidad climática, desde las más cálidas,  α y A, hasta la más fría, E.

CONDUCTOS

El cálculo de la transmisión de calor en conductos cilíndricos (tuberías) se realiza analíticamente mediante la siguiente fórmula. No obstante, el cálculo del espesor del aislamiento necesario suele hacerse mediante la reglamentación correspondiente, como veremos en unidades didácticas posteriores.