Clase 7a_Prop termicas de mat construcción.pdf

7/26/2019 Clase 7a_Prop termicas de mat construcción.pdf

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Propiedades térmicas de los mater iales de construcción

Autor: Dr. HERNÁN ALVARADO



Comportamiento térmico de un

cerramiento

Tienen doble papel térmico:

Resistencia a la transmisión del calor (Funcióntérmica resistiva)

Poder capacitivo o inercial (Función térmica

capacitiva)



Transmisión del calor en régimen

estacionario Función térmica resistiva



Mecanismos detransmisón de calor

Conducción: transferencia de energíadesde cada porción de materia a lamateria adyacente por contactodirecto, sin intercambio, mezcla o flujode cualquier material.

Convección: transferencia de energíamediante la mezcla íntima de distintaspartes del material: se producemezclado e intercambio de materia.

Convección natural: el origendel mezclado es la diferencia dedensidades que acarrea una

diferencia de temperatura.

Convección forzada: la causa delmezclado es un agitador mecánicoo una diferencia de presión(ventiladores, compresores...)

impuesta externamente.

Radiación: transferencia de energía mediada por ondas electromagnéticas,emanadas por los cuerpos calientes y absorbidas por los cuerpos fríos.



La conducción es el único mecanismo de transmisión del calor posible en losmedios sólidos opacos.

Cuando en tales medios existe un gradiente de temperatura, el calor se

transmite de la región de mayor temperatura a la de menor temperaturadebido al contacto directo entre moléculas.

CONDUCCIÓN



Conducción Ley de Fourier : determinación del flujo de calor

dx

dT kAQ x

(Estado estacionario)

Calor difundido porunidad de tiempo

Conductividad térmica (W·m-1·grado -1):calor que atraviesa en la dirección x unespesor de 1 m del material comoconsecuencia de una diferencia de 1grado entre los extremos opuestos

Superficie (m2 ): superficie através de la cual tiene lugar latransmisión de calor

Gradiente de temperatura(grados/m): variación dela temperatura en ladirección indicada por x .

X

xQ



Conductividades térmicas de algunos materialesa temperatura ambiente

Material K (W·m-1·K -1)

Vapor de agua 0.025

Aire 0.026

Agua líquida 0.61

Mercurio 8.4

Espuma de poliestireno 0.036

Papel 0.13

Vidrio 0.35-1.3

Hielo 2.2

Plomo 34

Acero 45

Aluminio 204

Cobre 380

k

Buenos conductores

Malos conductores

La conductividadtérmica cambia conel estado de agregación

... pero la capacidad de transporte de calor no depende sólo de la conducción



¿Cómo funciona el aislamiento térmico?:

Reduciendo intensamente la Transmisión térmica (U) a través de la superficieenvolvente del edificio. O lo que es lo mismo, aumentando intensamente suResistencia térmica (R):



Conductividad térmica

Área A

Calor transferido en el tiempo t

EJEMPLO 1:CONDUCCIÓN DEL CALOR (Placa plana)

t QQ

Espesor

Integración de la ecuación de Fourier



Cálculo del flujo de calor a través del tabique de una habitación, de 34 cm deespesor, siendo las temperaturas interior y exterior de 22 ºC y 5 ºCrespectivamente. Tómese como valor de la conductividad k = 0.25 W·m-1·K -1.

150

34.0

522

m K

x x

T T

dx

dT

fueradentro

fueradentro

25.125025.0 mW

dx

dT k

S

Q

Gradiente de temperaturas

Densidad de flujoTfuera

xdentro xfuera

Gradiente de temperaturas constante la temperatura varía linealmente

Gradiente de temperaturas constante densidad de flujo constante

0.34 m

dxdT

S

Q x

Tdentro



Resistencias térmicas

Cuando el calor se transfiere a través de una pared aparece una

resistencia a la conducción

x

T T k

A

Q 12

x

T 1 T 2 k x

T T

/

12

Conductividad

R

T T 12

R

T

Resistencia térmica en W-1·m2·K

Similitud con circuitos eléctricos

R

I

0V R

V I 0

R

T

A

Q



Ejemplo. Resistencias en serie

R1 R2

Resistencia equivalente = suma de resistencias

EjemploCalcúlese la resistencia térmica de la pared de unrefrigerador, formada por tres capas de material, cuyosespesores son, de dentro afuera 2 cm, 10 cm y 3 cm.Las conductividades térmicas de los tres materiales son,respectivamente, 0.25, 0.05 y 0.20 W· m-1 ·K-1.

08.025.0

02.0

1

11

k

x R W-1·m2·K

00.205.0

10.0

2

22

k

x R W-1·m2·K

15.020.0

03.0

3

33

k

x R W-1·m2·K

Resistencias en serie

23.2321 R R R R W-1·m2·K

R1 R2

2 10 3(cm)



Cantidad de calor que pasa por un m2

del cerramiento cuando lastemperaturas a ambos lados difieren en 1°C. Sus unidades: W / m2.°C.

COEFICIENTE DE TRANSMISIÓN TÉRMICA, K (o U)

Cuanto mayor es este K más rápido se transfiere el calor a través delcerramiento.

Así, sea grande o pequeño el valor de K, ambos lados acabaránalcanzando la misma temperatura. La diferencia estará en el tiempo

necesario para ello.



Transmisión del calor en régimen

transitorio Función térmica capacitiva



Si un cuerpo se le aporta calor, la temperatura de ese cuerpo se eleva. Enfunción de la velocidad a la que lo hace, ese cuerpo tiene mayor o menorcapacidad calorífica. Si es capaz de elevar su temperatura lentamente

implica que almacena mucho calor (energía) por cada grado de temperaturaque asciende. Se denomina calor específico a la propiedad que determinala cantidad de calor que debe suministrársele a 1 kg de material para que sutemperatura ascienda 1°C.

CALOR ESPECÍFICO

Fig. 10.- El cerramiento y su capacidad de almacenar energía.

Esta capacidad es proporcional a la masa del cerramiento y al calorespecífico del material. Ambos parámetros determinan la masa térmica.

La velocidad a la que se producirán los cambios dependerá de los estados aambos lados del cerramiento y a los parámetros de éste: su conductividad ysu capacidad de acumulación.



EFECOS ANTE PERTURBACIONES EN UNA DE SUS CARAS O EN AMBAS

Fig. 11.1 – 11.4.- Diferentes situaciones en función del perfil y evolución de T a ambos lados deun cerramiento con elevada masa térmica

Fig. 13.- Comportamiento en función de la ordenación de capas en un cerramiento.



Comportamiento dinámico de un

cerramiento



La inercia térmica es la capacidad que tiene la masa de conservar laenergía térmica recibida e ir liberándola progresivamente con retardo. Debidoa esta capacidad, teniendo en cuenta la inercia térmica de los cerramientosde un edificio, puede disminuirse la necesidad de climatización, con laconsecuente reducción de consumo energético y de emisionescontaminantes.

INERCIA TÉRMICA

La inercia térmica conlleva dos fenómenos, uno de ellos es laamortiguación (de la onda) en la variación de las temperaturas y el otro esel retardo o desfase () de la temperatura interior respecto a la exterior.

Fig. 15.- a) Comportamiento térmico de la envolvente de masa pesada no aislada.b) Comportamiento térmico de la envolvente de masa pesada aislada por el exterior



ALGUNOS DATOS PARA TENER EN CUENTA:

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