Transferul global de caldura

Transferul global de caldura

In cadrul proceselor de schimb termic caldura se transmite de cele mai multe ori simultan prin doua sau prin toate cele trei tipuri de transfer. Numeroase aplicatii tehnice presupun, de exemplu, schimbul de caldura intre doua fluide separate de un perete despartitor, astfel incat transmisia caldurii se desfasoara prin conductie, convectie si radiatie termica.

Fiind dat un perete omogen de grosime "d" (Fig. 17), transmisia caldurii de la interior spre exterior se realizeaza in trei etape:

a) transmisia de la aerul interior cu temperatura T_i, la suprafata interioara cu temperatura T_si, prin convectie si radiatie; in acest caz, fluxul termic unitar este:

b) transmisia in masa (pe grosimea) elementului, prin conductie:

c) transmisia de la suprafata exterioara cu temperatura T_se la aerul exterior cu temperatura T_e, prin convectie si radiatie:

Fig. 17. Transmisia globala a caldurii printr-un element omogen

In cazul regimului termic stationar, cele trei fluxuri sunt egale: q₁ = q₂ = q₃ = q.
In consecinta, relatiile (32), (33) si (34) se pot scrie:

; ; (35)

Prin adunarea celor trei relatii (35), membru cu membru, se obtine:

(36)

Rezistenta termica totala (globala) la transmisia caldurii, printr-un element omogen, va avea deci expresia:

(37)

Prin inversarea rezistentei termice globale se defineste coeficientul global de transfer termic, masurat in W/m² ºC, ce reprezinta cantitatea totala de caldura ce trece printr-un perete cu suprafata de 1 m² si grosimea "d", timp de o ora, la o diferenta de temperatura dintre aerul interior si cel exterior de 1ºC (sau 1 K), in regim termic stationar:

(38)

In cazul unui element alcatuit din mai multe straturi paralele intre ele si perpendiculare pe directia fluxului termic, expresiile rezistentei termice si a coeficientului de transfer termic vor fi:

(39)

(40)