Leyes de transferencia térmica
Análisis de las leyes de transferencia térmica entre los edificios y el clima
Propagación del calor
Todo cuerpo con una determinada cantidad de calor, tiene la propiedad de cederlo a otro cuerpo, siempre que éste se encuentre a menor temperatura. Es decir, existe un flujo térmico que consiste en la cesión del calor de los puntos de mayor temperatura. De esa manera, entonces, la energía térmica se transfiere del nivel térmico o temperatura más alto al más bajo, hasta alcanzar un estado de equilibrio o igual temperatura. Los fenómenos que intervienen en la transmisión del calor son tres:
- Conducción
- Convección
- Radiación
Conducción
La velocidad con que el material deja pasar el calor por conducción, depende de su conductividad que es una propiedad que tiene cada material.
Hay materiales que conducen más que otros. Los metales son mucho más conductores del calor que, por ejemplo, los materiales de cerramiento de una construcción.
La conducción del calor se establece por un coeficiente λ de la conductividad térmica, que es un valor determinado para cada elemento en particular.
Convección
La forma de transmisión de calor por convección es propia de los fluidos, por ejemplo, en nuestro caso el aire o el agua. Por efecto de la variación de su peso debido a un aumento o disminución de temperatura, se establece en ellos una circulación permanente y contínua. Ese movimiento del fluido produce, entonces, la transferencia del calor por convección, que se orienta desde los puntos calientes a los fríos.
En el caso de muros y techos debe considerarse una resistencia superficial interna (Rₛᵢ) y externa (Rₛₑ), producto del fenómeno de convección del aire en una capa próxima a la pared o techo.
Radiación
La forma de transmisión del calor por radiación se produce en el vacío igual que la radiación de la luz en forma de ondas electromagnéticas. Se define entonces la radiación térmica como la transmisión de calor de un cuerpo a otro sin contacto directo, en forma de energía radiante.
Entonces un cuerpo caliente transforma una parte de su contenido de calor en energía radiante sobre su superficie, la cual se emite en forma de ondas, que al ser absorbidas por otro cuerpo, se manifiesta en forma de calor. Se desprende de ello que para que la energía radiante pueda ser convertida en calor es necesario que sea absorbida por una sustancia. Todos los cuerpos absorben y además emiten energía radiante.
De esto se deduce que la cámara de aire en un muro compuesto no impide la transmisión de calor por radiación.
Cálculo de resistencia al flujo calorífico
| RT = ∑R + Rₛᵢ + Rₛₑ | [R] = m²·°C/W |
Rₛᵢ: Resistencia superficial interna.
Rₛₑ: Resistencia superficial externa.
R: Resistencia del material que compone la pared, y se calcula:
R = e/λ
| e: espesor del material | [e] = m |
| λ: conductividad térmica del material | [λ] = W/m·°C |
Cálculo de la transmitancia
Para los cálculos de la transferencia de calor de una pared o elemento de la construcción se utiliza un coeficiente de transferencia de calor total, que tiene en cuenta los fenómenos indicados precedentemente y permite simplificar dichos cálculos.
Se define al coeficiente de transmitancia total K como la cantidad de calor que se transmite totalmente en una hora a través de un m² de superficie, existiendo una diferencia de temperatura de 1 °C entre el ambiente interno y externo.
| k = 1/R | [k] = W/m²·°C |
k: Transmitancia del material
Cuanto menor es k mayor es el poder aislante del material. Los coeficientes K para las construcciones normales están tabulados por la Norma IRAM 11.601, pero para muros especiales o de características especiales deben calcularse.
Cálculo de la capacidad calorífica volumétrica
Es la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado centígrado un metro cúbico de pared.
| C = δ·cₑ | [C] = J/m³·°C |
| δ: Densidad | [δ] = kg/m³ |
| cₑ: calor específico | [cₑ] = J/kg·°C |
Cálculo de la capacidad calorífica superficial
Es la cantidad de calor necesaria para aumentar en un grado centígrado un metro cuadrado de pared.
| CU = C·e | [CU] = J/m²·°C |
Cálculo de la difusividad
Es la velocidad de transmisión superficial de calor.
| d = λ/C | [d] = m²/s |
Cálculo de la velocidad
| v = 2·√d·π/t | [v] = m/s | (t = 86.400 s/día) |
Velocidad de transmisión lineal de calor.
Cálculo de la inercia térmica
La inercia térmica es el tiempo que tardará en pasar el calor de un lado a otro de la pared o techo.
| I = e/v·3.600 | [I] = h |
Autor: Ricardo Santiago Netto. Argentina
Resistencia al flujo calorífico.