Cum se calculează sarcina de căldură
Scris de María Cecilia Hernández la 24 octombrie 2011
de Camilo Botero*
Când un inginer va proiecta un sistem de aer condiționat și ventilație, de exemplu într-o regiune cu climat tropical, el trebuie să stabilească care va fi sarcina termică, adică cantitatea de energie sub formă de căldură, care trebuie îndepărtată.
Inițial, profesionistul definește situația psihrometrică pentru cazul respectiv și se confruntă cu o sarcină care astăzi pare simplă datorită ajutorului și avansurilor computerului, dar în realitate este extrem de complexă.
De exemplu, în ciuda evoluției tehnologiei, nu este deloc ușor să estimați valorile pentru diferitele călduri sensibile (energie care este transmisă de diferențele de temperatură), care participă la acea energie totală care trebuie îndepărtată din mediu, pentru a realiza condiții de confort uman sau pentru un anumit proces industrial.
Cum să calculăm sarcina termică este subiectul care ne ocupă astăzi. Acestea sunt informații tehnice și extinse, prin urmare vor fi completate în edițiile viitoare ale ACR LATINOAMÉRICA.
Pentru a conveni asupra terminologiei pe care o vom folosi de acum înainte, este necesar să se definească câteva concepte care vor fi menționate în această și în următoarele tranșe.
- Termodinamică și transfer de căldură: diferența dintre aceste două concepte este că primul se referă fundamental la stări în echilibru, iar al doilea reprezintă o situație de dezechilibru, deoarece este o consecință a diferenței de temperatură.
- Căldură: este energia care este transferată datorită unui diferențial de temperatură. Toate procesele de flux de căldură respectă prima și a doua lege a termodinamicii.
Forme ale fluxului de căldură
Debitul de căldură, care este generat de o diferență de temperatură, poate fi prezentat în trei forme de bază, deși în aplicațiile de calcul al sarcinii termice pentru aerul condiționat, acestea nu sunt în general văzute izolat; acestea sunt:
Conducție: acest flux de căldură are loc între două corpuri sau între două părți ale aceluiași corp, ca produs al unei interacțiuni moleculare, între cele cu energie mai mare (temperatură mai mare) și cele cu energie mai mică (temperatura mai mică), deoarece energia cinetică a moleculelor este proporțională cu temperatura acestora.
Radiații: acest fenomen are loc sub formă de unde electromagnetice și nu are nevoie de un mediu fizic pentru a transporta energia. Atunci când temperaturile sunt ridicate, este de o mare importanță, deoarece este proporțională cu a patra putere a temperaturii.
Convecție: acesta este un proces combinat de transport de energie, stocare a energiei și transport de materie. Are loc între solide și fluide.
În rezolvarea problemelor de transfer de căldură nu este necesar doar să se cunoască tipul fluxului de căldură, ci și dacă procesul este:
Să mergem la cifre
În anii de experiență, mai mult de câțiva oameni vin la mine să mă consulte cu detalii tehnice, calcule, formule și ecuații care trebuie aplicate, în acest caz special pentru a stabili transferul de căldură. Prin urmare, mai jos voi detalia detaliile ecuațiilor care ar trebui utilizate în acest subiect.
Conducție: ecuația care guvernează conducția se numește ecuația Fourier și are următoarea expresie pentru cel mai simplu caz, care este starea de echilibru, unidimensională pe o placă plană.