RESISTENCIAS TÉRMICAS

Para la conducción de calor a través de una pared plana se puede reacomodar para tener

L=espesor

k=conductividad térmica

A=área superficial

La ecuación antes dada para la transferencia de calor es análoga a la relación para el flujo de corriente eléctrica I, expresada como:

Re= resistencia eléctrica

V1 y V2= caída del voltaje

Resistencia por convección

La ley de Newton del enfriamiento para la razón de transferencia de calor por convección se puede reacomodar :

Nota: Cuando el coeficiente de transferencia de calor por convección es muy grande , la resistencia a la convección se hace cero y 

Resistencia por radiación

R

conv

Cuando la pared está rodeada por un gas, los efectos de la radiación, que hemos ignorado hasta ahora, pueden ser significativos y es posible que sea necesario considerarlos.

es la resistencia térmica de una superficie contra la radiación, o bien, la resistencia a la radiación y

Una superficie expuesta al aire circundante comprende convección y radiación de manera simultánea y la transferencia de calor total en la superficie se determinan al sumar (o restar si tiene direcciones opuestas)  las componentes de radiación y convección.

 

Red de resistencias térmicas

Considere ahora la transferencia de calor unidimensional en estado estacionario.

Paredes planas de capas múltiples

Considere una pared plana que consta de dos capas ( como un muro de ladrillos con una capa de aislamiento). La razón de la transferencia de calor estacionaria a través de esta pared compuesta de dos capas se puede expresar como:

Resistencia térmica por contacto 

Cuando las superficies son perfectamente lisas y producen un contacto perfecto en cada punto,No obstante , en la realidad incluso las superficies planas que aparentan estar lisas a simple vista resultan estar más bien ásperas cuando se examinan con un microscopio.

Hc=coeficiente de convección en las brechas.

Redes generalizadas de resistencias térmicas

Se puede usar el concepto de resistencia térmica o la analogía eléctrica para resolver problemas de transferencia de calor en estado estacionario que comprenden capas en paralelo o configuraciones combinadas serie-paralelo. aún cuando este tipo de problemas son bidimensionales o incluso tridimensionales, se pueden obtener soluciones aproximadas suponiendo transferencia unidimensional de calor y utilizando la red de resistencias térmicas.

Resistencia térmica en cilindros y esferas para conducción de calor en pared

Resistencia total para cilindros y esferas en series.

Para cilindro:

Para esfera:

Radio crítico de aislamiento

Entre más grueso  sea el aislamiento, más baja es la razón de la transferencia de calor. Esto es previsible ya que el área A de la transferecia de calor es constante y agregar aislamiento siempre incrementa la resistencia térmica de la pared sin incrementar la resistencia a la convección. Al agregar aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esférica es un asunto diferente. El aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción de la capas de aislamiento pero disminuye la resistencia a la convección de la superficie debido al incremento en el área exterior.

 

 Radio crítico de un cilindro:

Radio crítico de una esfera: