MATERIALES ACONDICIONAMIENTO
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Tecnologia de materiales de acondicionamiento termico en la arquitectura. Curso acondicionamiento Ambiental II
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Acondicionamiento Ambiental I
Arq. Mara Guevara L.
TECNOLOGIA DE MATERIALES.
ACONDICIONAMIENTO
TERMICO DE LA
ARQUITECTURA
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Acondicionamiento Ambiental I
Arq. Mara Guevara L.
EL ANALISIS TERMICO DE LOS ELEMENTOS QUE
COMPONEN UN EDIFICIO A DISEAR COMPRENDE:
2. LA IDENTIFICACIN Y CARACTERSTICAS DE LOS
MECANISMOS DE TRANSMISIN TERMICA
A) CONVECCION,
B) CONDUCCION Y
C) RADIACION.
PROPIEDADES DE LOS MATERIALES
1. ANALISIS DE LAS CARACTERISTICAS FISICAS Y
TERMOFISICAS DE LOS MATERIALES, YA QUE
DETERMINARAN LA CANTIDAD DE CALOR A
TRANSMITIRSE DENTRO O FUERA DEL EDIFICIO.
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1) CONDUCTIVIDAD TERMICA (Smbolo = ()Unidades = kcal/mh C w/m C)
PROPIEDAD QUE DETERMINA EL FLUJO DE CALOR
TRANSFERIDO POR EL MATERIAL EN UNIDAD DE
TIEMPO, EN UNA UNIDAD DE AREA, DE UNA MUESTRA
DE EXTENSION INFINITA Y CARAS PLANO-PARALELAS Y
DE UNIDAD DE ESPESOR, CUANDO SE PRODUCE UNA
DIFERENCIA DE TEMPERATURA ENTRE SUS CARAS
IGUAL A UN GRADO.
En la transmisin de calor por conduccin, el flujo de calor es
directamente proporcional a la diferencia de temperatura y a
la conductividad del material e inversamente proporcional al
espesor del material que atraviesa. La expresin del flujo es :
Q= (2-1) / e
LA MAYOR O MENOR CAPACIDAD DE UN MATERIAL PARA
TRANSMITIR EL FLUJO DE CALOR A TRAVES DEL
ESPESOR (E), DETERMINARA EL COEFICIENTE DE
CONDUCTIVIDAD (), ES DECIR, SU CAPACIDAD REAL DE
CONDUCIR EL CALOR POR UNIDAD DE SUPERFICIE Y
TIEMPO.
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a ) TEMPERATURA
b) DENSIDAD
c) POROSIDAD
d) CONTENIDO DE HUMEDAD
e) DIAMETRO DE FIBRA
f) TAMAO DE LOS POROS (estructura porosa)
g) TIPO DE GAS QUE ENCIERRA EL MATERIAL
QUE FACTORES INFLUYEN EN LA
CONDUCTIVIDAD TERMICA DE UN
MATERIAL?
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TEMPERATURA 1
EL COMPORTAMIENTO DEL FLUJO DE CALOR EN
UN MATERIAL DEPENDE DE LA HOMOGENEIDAD
DE SUS CARACTERISTICAS FISICAS. EN LOS
MATERIALES ISOTROPOS (estructura homognea),
LA DIRECCION DEL CALOR SERA UNIFORME Y SU
VALOR () NO DEBERA ESPECIFICAR DIRECCION
DEL FLUJO. EN LOS ANISOTROPOS (estructura
heterognea) COMO ES EL CASO DE LA MADERA,
EL VALOR () DEBERA INDICAR SI SE REFIERE A
LA DIRECCION NORMAL DE LA FIBRA O
PARALELA A ELLA.
TRANSMISION DE CALOR EN EL SENTIDO LONGITUDINAL DEL
MATERIAL (X,Y).
TRANSMISION DE CALOR EN EL SENTIDO TRANSVERSAL DEL
MATERIAL (Z).
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DENSIDAD 2
EN UN MATERIAL, LA DENSIDAD DETERMINA LA CANTIDAD
DE COMPONENTE SLIDO, LIQUIDO O GASEOSO
EXISTENTE POR UNIDAD DE VOLUMEN.
D= m
v
LA DENSIDAD RELACIONA LA
CANTIDAD DE AIRE POR UNIDAD
DE MASA.
SIN EMBARGO, LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DE LA MASA SOLIDA DEL
MATERIAL Y SU DISTRIBUCION INTERIOR (ESTRUCTURA), PODRA
ACELERAR O RETRASAR EL PROCESO DE TRANSMISION DE CALOR
(CONDUCCION Y CONVECCION). EN TAL CASO, NO SIEMPRE UN
MATERIAL MENOS DENSO TENDRA UNA MENOR CONDUCTIVIDAD
TERMICA.
EL VALOR () EN MATERIALES DE MAYOR O MENOR
DENSIDAD DEPENDE:
A) DE LA MATERIA QUE LO COMPONE Y SU CAPACIDAD DE
CONDUCCION,
B) LA DISPOSICION DE LA ESTRUCTURA (% DE MATERIA
EN ESTADO SLIDO, LIQUIDO O GASEOSO). EN
MATERIALES AISLANTES (POLIESTIRENO EXPANDIDO,
POLIURETANO), EL PREDOMINIO DEL VOLUMEN
OCUPADO POR EL AIRE, RETARDA LA TRANSMISION DE
CALOR (CONVECCION).
UN MATERIAL MENOS DENSO
ALMACENARA EN SU INTERIOR
MAYOR CANTIDAD DE AIRE.
EL AIRE SE CALIENTA MAS
LENTAMENTE QUE LA MASA
SLIDA. (CONVECCION).
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EN CONCLUSION, LA DENSIDAD DEL MATERIAL
CONTRIBUYE INDIRECTAMENTE EN LA TRANSMISION
TERMICA DEL CALOR. NO EXISTE RELACION DIRECTA CON
LA CONDUCTIVIDAD. EL ESTADO Y LA CONFORMACION DE
LA MATERIA SLIDA INTERIOR INFLUYEN DIRECTAMENTE
EN EL PASO DEL CALOR.
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POROSIDAD 3
LOS MATERIALES CONSTITUIDOS POR
CONFORMACIONES POROSAS O SIMILARES,
GENERALMENTE TIENEN BAJAS
CONDUCTIVIDADES. EN TAL CASO LA
DIFERENCIA VARIA EN FUNCION DE LA MATERIA
SLIDA EXISTENTE EN SU COMPOSICION Y LA
CARACTERISTICA DE LOS POROS
(HOMOGENEOS O HETEROGENEOS).
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CONTENIDO DE HUMEDAD 4
MUCHOS MATERIALES NO SE ENCUENTRAN EN
ESTADO SLIDO POR ELLO, ES NECESARIO
DISTINGUIR EL GRADO DE SEQUEDAD O HUMEDAD
DE SU CONTENIDO, YA QUE MATERIALES CON MAYOR
CAPACIDAD DE ABSORBER O DESPEDIR HUMEDAD
(YESO, LADRILLO CRUDO, ADOBE ARTESANAL),
TIENEN MENOR CONDUCTIVIDAD QUE AQUELLOS
QUE ADOLECEN DE DICHA PROPIEDAD (SECOS). A
MAYOR HUMEDAD < ()
ESTRUCTURA LADRILLO
COCIDO PROCESADO
TRANSMISION
DIRECTA
(RAPIDA)
TRANSMISION
INDIRECTA
(MAS LENTA)
MINIMO % DE HUMEDAD
HOMOGENEIDAD EN TAMAO DE LOS
POROS.
BAJO % DE AIRE ENTRE ELEMENTOS
SLIDOS
+ CONDUCTIVIDAD TERMICA
ALTO % DE HUMEDAD EN MASA SLIDA
HETEROGENEIDAD EN TAMAO DE LOS
POROS.
MAYOR % DE AIRE ENTRE ELEMENTOS
SLIDOS
- CONDUCTIVIDAD TERMICA
ESTRUCTURA LADRILLO
CRUDO SIN PROCESAR
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DIAMETRO DE LA FIBRA 5
LOS MATERIALES DE ESTRUCTURA GRANULAR Y
FIBROSA (LANA MINERAL, ESPUMA FENOLICA, LANA
DE ROCA, CONCRETO CELULAR), SE CARACTERIZAN
POR PERMITIR EL PASO DEL AIRE AL INTERIOR DE
SU ESTRUCTURA. EN ELLOS LA CONDUCTIVIDAD
(INTERCAMBIOS DE CALOR POR CONVECCION) POR
DIFERENCIA DE TEMPERATURA) VARIA EN FUNCION
DE LA FORMA GEOMETRICA Y EL TAMAO DE LAS
FIBRAS.
LA FORMA GEOMETRICA DE LA
ESTRUCTURA INTERNA DEL MATERIAL
DETERMINA PASO DEL FLUJO DE
CALOR.
UNA ESTRUCTURA COMPLEJA
HETEROGENEA (FIBROSA), INPLICARA
MOVIMIENTOS CONVECTIVOS QUE
RETRASAN CONSIDERABLEMENTE EL
PASO Y LA PROPAGACION DEL CALOR.
EN TAL CASO LA CONDUCTIVIDAD
DEL MATERIAL DISMINUYE EN
RELACION A LA COMPLEJIDAD DE LA
ESTRUCTURA INTERIOR.
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CONFORMACION DE LA ESTRUCTURA DEL PORO 6
LA CONFORMACION DE LA ESTRUCTURA POROSA, INFLUYE
EN LA TRANSMISION DEL FLUJO DE CALOR. UNA MAYOR
COMPLEJIDAD EN LA CONFORMACION DE LA RED POROSA
CONTRIBUIRA AL RETARDO DE TRANSMISION TERMICA A
TRAVES DEL MATERIAL. TODO MATERIAL CON ESTRUCTURA
HETEROGENEA CONLLEVA A QUE LAS MOLECULAS DE
CALOR SE PROPAGEN EN DIVERSAS DIRECCIONES A TRAVES
DE SUPERFICIES CON CONTENIDOS DE AIRE Y MATERIAL
SLIDO DISIMILES ENTRE SI. A MAYOR COMPLEJIDAD < ()
TRANSMISION DE CALOR EN LA ESTRUCTURA POROSA
SIMULACION DE TRANSMISION TERMICA EN
ESTRUCTURA POROSA DEL AEROGEL
LA COMPLEJIDAD DE LA
ESTRUCTURA POROSA COMPRENDE
POROS DE DISTINTOS TAMAOS. LA
IRREGULARIDAD DE LA RED POROSA
TRIDIMENSIONAL DISMINUYE LA
TRANSMISION POR CONVECCION. YA
QUE EL CALENTAMIENTO S EFECTUA
DE MANERA MS LENTA EN POROS DE
MULTIPLES TAMAOS.
AL INCREMENTARSE EL RECORRIDO
DEL FLUJO DE CALOR PARA SATURAR
CADA MOLECULA DE AIRE DE DISTINTO
VOLUMEN, EL CALENTAMIENTO ES MAS
LENTO Y LA CONDUCTIVIDAD
DISMINUYE.
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TIPO DE GAS QUE ENCIERRA EL MATERIAL 7
MUCHOS MATERIALES AISLANTES (ESPUMAS
FENOLICAS, ESPUMAS DE UREA-FORMOL)
CONTIENEN PORCENTAJES DE GASES AL INTERIOR
DE SU ESTRUCTURA FISICA. ESTOS PUEDEN
ENCONTRARSE CONTENIDOS DENTRO DEL
MATERIAL COMO PARTE DE UNA REACCION QUIMICA
O A TRAVES DE CAMARAS DE AIRE COMO ES EL
CASO DE LOS VIDRIOS AISLANTES. EN TALES CASOS
LA DENSIDAD DEL VIDRIO Y DEL TIPO DE GAS
PERMITIRAN UN RETARDO TERMICO MAS EFICIENTE
Y UN MENOR VALOR (). GAS>DENSIDAD= MAYOR
CAPACIDAD AISLANTE.
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COMO INFLUYE LA CONDUCTIVIDAD
TERMICA EN LA TEMPERATURA DE
UN AMBIENTE?
LA MAYOR O MENOR CAPACIDAD CONDUCTIVA DE UN
MATERIAL, SUMADO AL ESPESOR Y A LAS CONDICIONES
TERMICAS EXTERIORES PERMITEN MODIFICAR LOS
MICROCLIMAS INTERNOS, POR LO CUAL
RESULTA INDISPENSABLE ANALIZAR LOS VALORES DE
CONDUCTIVIDAD EN FUNCION DE LA ESTRATEGIA DE
ACONDICIONAMIENTO TERMICO EN CADA CASO
ESPECIFICO.
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CONCLUSIONES
EXISTEN DIVERSOS FACTORES (HUMEDAD,
POROSIDAD, DENSIDAD, TAMAO DE LA FIBRA, ETC),
QUE DETERMINAN VALOR DE LA CONDUCTIVIDAD DE
UN MATERIAL.
TODO MATERIAL CON GRAN CAPACIDAD
CONDUCTIVA SERA UN BUEN TRANSMISOR DEL
CALOR.
TODO MATERIAL CON BAJA CONDUCTIVIDAD
TERMICA SERA UN AISLANTE TERMICO.
LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DETERMINA LA MAYOR
O MENOR CAPACIDAD DE UN MATERIAL PARA
TRANSMITIR EL CALOR A TRAVES DE SU ESPESOR.
LA CONDUCTIVIDAD TERMICA POR SI MISMA NO
DETERMINA LA CAPACIDAD DE UN MATERIAL DE
ACUMULAR EL CALOR.
NO EXISTE RELACION DIRECTA ENTRE LA
DENSIDAD Y LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DE UN
MATERIAL.
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2) ABSORCION Y REFLEXION ()
LA SUPERFICIE EXTERIOR DE LOS MATERIALES SE
ENCUENTRA DIRECTAMENTE EXPUESTA A LA ACCION DE LA
RADIACION SOLAR. LA REFLEXION Y LA ABSORCION INDICAN
LA PROPORCION DE LA RADIACION INCIDENTE QUE ES
REFLEJADA O ABSORVIDA.
LOS VALORES DE ABSORCION Y
REFLEXION SON COMPLEMENTARIOS. SIENDO
Y () LOS COEFICIENTES, EN UNA
PARED OPACA TENDREMOS:( +()=1
EL INDICADOR DE DICHOS VALORES
ES EL COLOR DE LA
SUPERFICIE.
LA ABSORCION DECRECE Y LA
REFLEXION AUMENTA CUANTO MAS
CLARO ES EL COLOR Y VICEVERSA
CON EL COLOR OSCURO.
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CUANDO MAYOR ES LA ABSORCION DE
ENERGIA EN LAS SUPERFICIES
EXTERIORES DE UN MURO MAYOR SERA
LA TRANSMISION DE CALOR HACIA EL
INTERIOR.
EL RENDIMIENTO DE LOS COLORES
OSCUROS ES MAYOR PARA LA
CAPTACION. SIN EMBARGO TAMBIEN
DEBERA CONSIDERARSE LA
EMISIVIDAD O CAPACIDAD DE
PERDER EL CALOR IRRADIADO
SOBRE SU SUPERFICIE.
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3) TRANSPARENCIA Y RADIACION
LOS MATERIALES TRANSPARENTES EXPUESTOS A LA
RADIACION SOLAR EMITEN FRECUENCIAS QUE
DETERMINAN EL ESPECTRO DE RADIACION
TERMICA. ESTE CONTIENE 2 TIPOS DE LONGITUD DEONDA:
A) Radiacin con Longitud de Onda Corta.- (Fuentes
de alta temperatura: rayo solar, % rayos ultravioleta,
y rayos infrarrojos cercanos).
B) Radiacin de Onda Larga o Irradiacin.- (Fuentes
de radiacin a temperatura ambiente: superficies del
entorno e infrarrojo lejano).
AMBIENTE
INTERIOR
AMBIENTE
EXTERIOR
SIMULACION DEL
INTERCAMBIO TERMICO
POR LONGITUD DE ONDA
CORTA Y LARGA DE UN
VIDRIO DOBLE CON
CAMARA DE AIRE
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LA RADIACION DE ONDA
CORTA IMPACTA
DIRECTAMENTE (MAYOR
INTENSIDAD) SOBRE LA
SUPERFICIE DE LOS
MATERIALES
TRANSPARENTES
GENERANDO
INTERCAMBIOS TERMICOS.
EL COMPORTAMIENTO DE LOS
MATERIALES
TRANSPARENTES FRENTE A
LA RADIACION DE ONDA
LARGA TRANSMITIDA A
PARTIR DE LA IRRADIACION
(PAREDES Y PISOS) DEPENDE
DEL COEFICIENTE DE
CONDUCTIVIDAD TERMICA "K"
(CAPACIDAD DE CONDUCIR
HACIA EL EXTERIOR EL CALOR
INTERNO).
EN TODA SUPERFICIE
RECEPTORA DE
RADIACION INCIDENTE
PARTE DE LA ENERGIA
ES REFLEJADA, OTRA
ES ABSORVIDA Y EL
RESTO ES
TRANSMITIDA.
CUANDO LA
SUPERFICIE ES OPACA,
NO SE GENERAN LOS
INTERCAMBIOS CON
DICHAS
CARACTERISTICAS.
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DEJAN PASAR EL 85% DE
LA RADIACION DE ONDA
CORTA, PERO SE
COMPORTA COMO UN
MATERIAL OPACO
FRENTE A LA RADIACION
DE ONDA LARGA,
DIFICULTANDO LA
SALIDA DEL CALOR
LOS VIDRIOS
COMPUESTOS Y
SUS VARIANTES
(DOBLE, DE BAJA
EMISIVIDAD,
ETC.), TIENEN
APLICACIONES
EN FUNCION
ALGRADO DE
ABSORCION,
EMISION,
REFLEXION Y
TRANSMISION.
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4) CONDUCTANCIA EN CAMARAS DE AIRE
EL AIRE COMO PARTE DE UN COMPONENTE
ARQUITECTONICO (VENTANA CON CAMARA, INVERNADERO,
MURO DOBLE), INFLUYE EN LA TRANSMISION DE CALOR.
CONSIDERANDO QUE EN LAS CAMARAS DE AIRE EL
CALOR SE TRANSMITE BASICAMENTE POR CONVECCION Y
RADIACION, SU EFICIENCIA SE DARA EN FUNCION A:
a) DEL ESPESOR DEL MATERIAL
b) POSICION (GEOMETRIA SOLAR)
c) LA DIRECCION DEL FLUJO DE CALOR.
d) CARACTERISTICAS DE LAS SUPERFICIES QUE LAS
CONTIENEN (CONDUCTIVIDAD Y EMISIVIDAD).
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Te +
Ti -
CONSIDERANDO QUE EL
CALENTAMIENTO DEL AIRE
SUCEDE MAS LENTAMENTE, LA
CAMARA DE AIRE ACTUA
COMO "FRENO" EN LA
TRANSMISION DE CALOR
EXTERIOR E INTERIOR.
TRANSFERENCIA DE
CALOR POR CONDUCCION
TRANSFERENCIA DE CALOR
POR CONVECCION
TRANSFERENCIA DE CALOR
POR CONDUCCION
LA TRANSMISION EN CAMARAS
DE AIRE CONTENIDAS EN
SUPERFICIES TRANSPARENTES
EN UNA O MS DE SUS CARAS
DEPENDERAN DE LA EMISIVIDAD
DEL ELEMENTO CONSTRUCTIVO
(SISTEMAS DE SELLADO AL
VACIO) O SISTEMAS PARA
REDUCCION DE HUMEDAD QUE
PUEDE AUMENTAR O DISMINUIR
LA TRANSMISION DEL CALOR A
TRAVES DE SU ESPESOR.
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SIMULACION DE LOS
MECANISMOS DE
TRANSMISION TERMICA
EN UN SISTEMA DE
VIDRIO DOBLE CON
CAMARA DE AIRE.
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5) ACUMULACION EN MASA TERMICA
TODO MATERIAL CAPAZ DE ACUMULAR Y RETENER EL
CALOR A TRAVES DE SU MASA TERMICA SE LE DENOMINA
TERMOMASA.
SU MAYOR O MENOR EFICIENCIA DEPENDE DE : A) LA
CONDUCTIVIDAD TERMICA, B) EL RETRASO TERMICO Y C) LA
EMISIVIDAD.
EL AUMENTO DEL ESPESOR
Y LA CAPACIDAD CALORICA
DEL MATERIAL ASI COMO
LA DISMINUCION DE LA
CONDUCTIVIDAD
CONTRIBUYEN A UNA
MAYOR EFICIENCIA EN LA
TRANSMISION Y RETENCION
DEL CALOR DE UNA MASA
TERMICA EXPUESTA A
CAMBIOS DE
TEMPERATURA.
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Acondicionamiento Ambiental I
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EL RETRASO TERMICO DE UN MATERIAL
REPRESENTA EL TIEMPO QUE DEMORA EL
FLUJO DE CALOR PARA CALENTAR SU MASA
TERMICA A TRAVES DEL ESPESOR.
EL CRITERIO DE SELECCION DE LA MASA
TERMICA ACUMULADORA DEPENDERA DEL
SISTEMA DE CAPTACION, EL < DE INCIDENCIA DE
LA RADIACION Y DE LOS REQUERIMIENTOS
TERMICOS Y DE CONFORT DE LOS AMBIENTES.
