Pared
Plana
En los casos de pared plana, entre más grueso sea el
aislante, menor es la razón de transferencia de calor. El área A de la
transferencia de calor es constante y agregar el aislamiento siempre incrementa
la resistencia térmica de la pared sin incrementar la resistencia a la
convección.
Cilindro
A diferencia de lo ocurrido en pared plana, en un tubo
cilíndrico o a una capa esférica el aislamiento adicional incrementa la
resistencia a la conducción de la capa de aislamiento pero disminuye la
resistencia a la convección de la superficie debido al incremento en área
exterior.
A medida que se añade aislante a la tubería, disminuye la
temperatura de la superficie exterior pero, al mismo tiempo, aumenta la
extensión de la superficie de disipación del calor convector. Estos dos efectos
opuestos pueden lograr aumentar o disminuir la transferencia de calor en la
tubería.
Diferenciando la ecuación con respecto a r encontraremos que la
perdida de calor, es máxima cuando el radio del aislante es igual a
A lo que llamamos radio crítico del aislante. Este va a depender
de la conductividad térmica del
aislamiento k y del coeficiente externo de transferencia de calor por
convección h.
El valor del radio crítico alcanzara un máximo cuando k sea
grande y h sea demasiado pequeño.
Condiciones:
1. Cuando r2=radio critico
La
razón de la transferencia de calor es
máximo bajo estas condiciones. La resistencia va a ser mínima.
2. Cuando r2< radio critico
La
razón de la transferencia de calor
aumenta hasta que 
. Por lo tanto, en realidad, aislar el tubo
puede aumentar la razón de la transferencia de calor del tubo en lugar de disminuirla.
. Por lo tanto, en realidad, aislar el tubo
puede aumentar la razón de la transferencia de calor del tubo en lugar de disminuirla.
3. Cuando r2> radio critico
Cuando aumenta r2 aumenta la resistencia térmica de
la capa aislante pero disminuye la resistencia térmica del coeficiente debido a
la mayor extensión de la superficie por lo tanto se logra que la razón de
la transferencia de calor disminuya que
es lo más deseable. Se mantiene el radio crítico tan pequeño como sea posible
para que la aplicación del aislante sea una reducción y no un aumento en la
perdida de calor por una tubería. Esto obviamente se puede logran usando un
material aislante de baja conductividad.
Los radios críticos serán muchos menores en la convección
forzada, con frecuencias menores a 1 mm debido a los valores mucho más grandes
de h asociados con la convección forzada[1].
El radio de los alambres eléctricos puede ser menor que el radio
critico ósea r2<rcr. Por lo visto anteriormente la
transferencia de calor se incrementa debido al aislamiento eléctrico, de este
modo se mantienen las temperaturas de operación estacionarias a niveles más
bajos y como consecuencias más seguros.
Esfera
Se repite el procedimiento analizado en el tubo cilíndrico pero
en esta ocasión dirigido a una esfera:
Tomándose las mismas consideraciones anteriores.
[1]
Hablamos de convección forzada cuando el flujo es causado por medios externos,
como un ventilador, una bomba o vientos atmosféricos.
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