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Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y acs en los edificios. ENAC0108. Francisco José Entrena González
Читать онлайн.Название Eficiencia energética en las instalaciones de calefacción y acs en los edificios. ENAC0108
Год выпуска 0
isbn 9788416271436
Автор произведения Francisco José Entrena González
Жанр Математика
Издательство Bookwire
Donde:
“” es el flujo de calor medido en Watios (W).
“ε” es la emisividad de la superficie de estudio.
“σ” es la constante de Stefan-Boltzmann.
“A” es el área de emisión.
“T” es la temperatura del emisor medida en Kelvin.
Convección
El calentamiento o enfriamiento por convección se produce cuando la transmisión de calor se realiza entre un cuerpo fluido (gas o líquido) que se desplaza en contacto con una superficie sólida, existiendo una diferencia de temperatura entre ambos.
Ejemplo
Un ejemplo de convección se puede encontrar en verano cuando nos ponemos delante de un ventilador, enfocamos un chorro de aire (fluido) hacia nuestro cuerpo (sólido) para acelerar el proceso de intercambio térmico. Al ser la temperatura del aire menor que nuestra temperatura corporal, nos proporciona una sensación de frescura.
Es importante puntualizar que en el caso en el que el fluido se encuentre en reposo, el mecanismo de transferencia de calor se realiza por conducción, aunque los sistemas que entren en juego sean un sólido y un fluido.
El flujo de calor por convección fue establecido por Newton, mediante la ecuación:
Donde:
“h” es el coeficiente de transferencia en convección.
“Ts y Tf” = temperatura del sólido y del fluido respectivamente.
Actividades
5. En la siguiente lista se presenta una serie de situaciones. Clasifique los mecanismos de transferencia que se producen y razone su respuesta.
1 Taza con café.
2 Ventilador/radiador del coche.
3 Calentamiento de agua mediante un equipo solar térmico.
4 Chimenea.
5 Calentar una sartén en la vitrocerámica.
Aplicación práctica
En esta ocasión, sus compañeros de EcoClima S. L. le han pedido que seleccione los emisores/radiadores para cada estancia del hotel. Para saber el modelo que va a emplear, debe calcular el calor aportado por el radiador y compararlo con el calor necesario en la estancia. Con los datos que se aportan a continuación, calcule el calor generado por cada elemento.
Datos:
SOLUCIÓN
Dado que se trata de un radiador, se producen dos mecanismos de transferencia de calor: por una parte radiación y por otra convección.
El primer paso será convertir la temperatura a grados Kelvin.
Ahora procedemos al cálculo del calor aportado por radiación, cuya ecuación es:
Sustituyendo, obtenemos:
El calor aportado por convección se obtiene de la ecuación:
Que, sustituyendo, se obtiene:
Por tanto, el calor total aportado por el elemento/radiador es:
3.2. Conducción. Ley de Fourier
La conducción es un mecanismo de transferencia de calor por contacto directo entre dos sistemas con diferentes temperaturas. El sistema que se encuentra a mayor temperatura presenta una mayor agitación de sus átomos y moléculas que, mediante los rozamientos y las colisiones con los átomos y moléculas del sistema adyacente, transfieren parte de su energía térmica.
Sabía que...
En la mayoría de los metales que presentan una buena conductividad eléctrica la transmisión de calor por conducción entre dos extremos separados se realiza de forma más acelerada. Esto se debe a que el metal presenta electrones libres que pueden desplazarse más rápidamente a lo largo de él.
La conductividad térmica (k) es la magnitud que permite cuantificar la facilidad que presenta un sistema para transmitir el calor. Gracias a esta magnitud diferenciamos entre aislantes térmicos y materiales conductores de calor. La conductividad térmica se mide en W/(K·m).
Fourier estableció mediante una serie de experimentos termodinámicos que la temperatura se desplaza a lo largo de un sólido de forma gradual, disminuyendo la temperatura conforme se distancia del foco generador de calor. La ecuación que rige el mecanismo de transmisión de calor por conducción recibe el nombre de Ley de Fourier y se enuncia como:
Donde dT es la diferencia de temperatura entre dos puntos y dx la distancia entre esos puntos.
Ejemplo
Vamos a calcular el área necesaria para calentar el agua del interior de un depósito mediante una tubería, sabiendo que el espesor de la tubería de cobre es de dx = 1 mm, la conductividad térmica es k = 380 W/(K·m), la diferencia de temperatura dT = -25 K, y el calor aportado es Q = 475 W.
SOLUCIÓN
A partir de los datos aportados y teniendo en cuenta que se produce una transferencia de calor mediante conducción, aplicamos la ecuación:
Sustituyendo,