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Conducción en una pared de varias capas

Tres capas en serie: R″ = L/k, densidad de flujo q″ y coeficiente de transferencia de calor U; perfil T(x); plantilla yeso / ladrillo / lana mineral.

Pared y fronteras

22 °C
-8 °C

De izquierda a derecha (por ejemplo, de adentro → afuera). El calor fluye de la cara caliente a la fría.

Capa 1 (izquierda) — Yeso

15 mm
0.5 W/(m·K)

Capa 2 — Ladrillo

120 mm
0.72 W/(m·K)

Capa 3 (derecha) — Lana mineral

100 mm
0.035 W/(m·K)

Ley de Fourier en cada capa; contactos ideales. Resistencia por m²: R″ = L/k. Los valores son orientativos; un cerramiento real incluye películas de aire y humedad.

Magnitudes medidas

Densidad de flujo q″9.8 W/m²
Coeficiente U0.3275 W/(m²·K)
R″ total3.0538 m²·K/W
Espesor total235 mm

Sobre el modelo

En conducción unidimensional estacionaria a través de tres capas homogéneas en serie, en cada placa la temperatura es lineal con el espesor (ley de Fourier). La resistencia de la capa por unidad de área es R″ = L/k (L en metros, k en W/(m·K)). Las capas se suman: R″_tot = Σ R″_i, la densidad de flujo q″ = (T_izq − T_der)/R″_tot y el coeficiente de transferencia de calor U = 1/R″_tot. En la figura el color sigue la temperatura, la poligonal T(x) marca las interfaces y la flecha q″ va de la cara caliente a la fría. La plantilla «yeso / ladrillo / lana mineral» fija espesores y k orientativos, no el U certificado de un muro.

Para quién: Introducción a la transferencia de calor y masa: cerramientos, resistencias térmicas.

Conceptos clave

  • ley de Fourier
  • resistencia térmica R″
  • coeficiente de transferencia de calor U
  • capas en serie
  • densidad de flujo q″
  • conductividad térmica k

Cómo funciona

En conducción unidimensional estacionaria a través de una pared plana sin fuentes internas, la temperatura en cada capa homogénea varía de forma lineal con el espesor. La resistencia térmica de la capa por unidad de área es R″ = L/k (L en metros, k en W/(m·K)). Las capas en serie se suman: R″_tot = Σ R″_i, la densidad de flujo de calor q″ = (T_izq − T_der)/R″_tot y el coeficiente de transferencia de calor U = 1/R″_tot. No entran películas superficiales, humedad ni resistencia de contacto: es un modelo de aula del cerramiento.

Preguntas frecuentes

¿Por qué T dentro de cada capa es una recta?
Sin fuentes internas y en conducción unidimensional estacionaria en un material homogéneo, d²T/dx² = 0, o sea T es lineal en x. La pendiente cambia de una capa a otra porque cambian k y el espesor.
¿Coincidirá U con el del muro certificado?
No. En un cerramiento real hay resistencias superficiales, cámaras de aire, humedad y puentes térmicos. Aquí solo entra la conducción volumétrica de tres placas en contacto ideal.
¿Qué pasa si la cara derecha está más caliente que la izquierda?
Entonces q″ es negativo: el calor fluye de derecha a izquierda. La flecha y el signo en la tabla de magnitudes lo muestran.