DINÁMICA DE LA TRANSFERENCIA DE CALOR A TRAVÉS DE MUROS

Cuando pensamos en un incendio en un recinto contiguo, solemos imaginar que el peligro aparece solo cuando el fuego atraviesa la barrera. Sin embargo, incluso si el muro permanece intacto, el calor puede seguir propagándose a través de él.

Esto ocurre porque el calor se transmite mediante tres mecanismos físicos: radiación, conducción y convección. En el caso de un muro sólido expuesto a un incendio por un lado y a un ambiente frío por el otro, los mecanismos dominantes son la conducción a través del material y la convección hacia el aire del recinto no incendiado.

La conducción describe cómo el calor atraviesa un sólido cuando existe una diferencia de temperatura entre sus caras. Este fenómeno se expresa mediante la ley de conducción:

q'' = k (T1 − T2) / L

donde:

q'' = flujo de calor que atraviesa el muro

k = conductividad térmica del material

T1 = temperatura de la cara caliente

T2 = temperatura de la cara fría

L = espesor del muro

La ecuación refleja una idea muy intuitiva: cuanto mayor sea la diferencia de temperatura y menor el espesor del muro, mayor será el flujo de calor que atraviesa la pared.

Una vez que el calor alcanza la cara fría del muro, este ya no puede seguir propagándose por conducción porque el material termina allí. En ese punto el calor pasa al aire del recinto mediante convección, que se expresa como:

q'' = h (Ts − T∞)

donde:

h = coeficiente convectivo

Ts = temperatura de la superficie del muro

T∞ = temperatura del aire del recinto

Esta ecuación indica que el calor transferido al aire depende de cuánto más caliente esté la superficie respecto al ambiente.

Cuando el sistema alcanza un régimen estacionario, el flujo de calor que atraviesa el muro por conducción debe ser exactamente igual al flujo que se disipa hacia el aire por convección.

Ese equilibrio permite calcular la temperatura de la cara fría del muro.

En las diapositivas adjuntas desarrollo un ejercicio clásico de An Introduction to Fire Dynamics de Drysdale: una pared de ladrillo expuesta a 1000 °C por un lado y a un almacén a 20 °C por el otro.

El resultado es sorprendente: la cara del muro del lado no incendiado puede alcanzar aproximadamente 239 °C.

La lección es clara. Una barrera puede mantener su integridad estructural y, aun así, transferir una carga térmica significativa al recinto contiguo.

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