Conductividad térmica y densidad Los valores de la conductividad térmica están ampliamente tabulados pero dichos datos han de considerarse con las reservas lógicas dado que se han obtenido por métodos experimentales y existe una amplia dispersión de características físicas entre materiales semejantes. Incluso para idéntico material se pueden medir diferentes conductividades en función de su humedad, de la temperatura de ensayo y de la dirección del flujo de calor (materiales anisótropos como la madera), por lo que los valores propuestos se suelen referir a materiales secos a 20ºC. La densidad aparente es un parámetro fundamental para diferenciar la conductividad de familias de materiales muy semejantes, como los hormigones, áridos y aislantes. Existe una ley general que relaciona bajas conductividades para bajas densidades, porque la ligereza del material suele estar producida por huecos en su interior ocupados por aire, que es mucho mas aislante que el material compacto. Esta propiedad nos permitirá extrapolar los valores de la conductividad a partir de los valores correspondientes a densidades determinadas. A continuación se muestran los valores de la conductividad de familias de materiales constructivos similares, por orden de densidad, con la ley que relaciona ambas propiedades físicas. Todos los datos has sido extraídos de la norma española NBE-CT-79 y elaborados por el autor: 1: Conductividad en función de la densidad de pastas y hormigones. Conductividad W/m ºC Densidad Conductividad Material: Pastas y hormigones kg/m3 W/m ºK Fuente: NBE-CT-79 305 0.09 Hormigón celular sin áridos 450 0.08 Hormigón de fibra de madera 500 0.12 Hormigón en masa arcilla expandida L 570 0.18 Enlucido de yeso con perlita 600 0.17 Hormigón con áridos ligeros L 800 0.30 Enlucido de yeso 1000 0.33 Hormigón con áridos ligeros M 1500 0.55 Hormigón en masa arcilla expandida P 1600 0.73 Hormigón en masa áridos ligeros 1600 0.87 Mortero de cal o bastardo 2000 1.16 Hormigón en masa sin vibrar 2000 1.40 Mortero de cemento 2100 0.93 Arcilla 2400 1.63 Hormigón en masa vibrado 2400 1.63 Hormigón armado normal 2.00 2 y = 3E-07x + 3E-05x + 0.0532 2 R = 0.954 1.50 1.00 0.50 0.00 250 500 Pastas y hormigones 750 1000 1250 1500 1750 2000 2250 2500 Densidad kg/m3 Tabla 2: Conductividad en función de la densidad de fábricas de bloques y ladrillos Conductividad W/m ºC Densidad Apar. kg/m3 600 800 1000 1000 1200 1200 1400 1600 1600 1800 Conductividad Material: Fábricas de bloques y ladrillos W/m ºK 0.35 0.41 0.44 0.47 0.49 0.49 0.56 0.76 0.79 0.87 Fuente: NBE-CT-79 Fábrica bloques hormigón celular vapor L Fábrica bloques hormigón celular vapor M Fábrica bloques huecos hormigón L Fábrica bloques hormigón celular vapor P Fábrica bloques huecos hormigón M Fábrica ladrillo hueco Fábrica bloques huecos hormigón P Fábrica ladrillo perforado Fabrica ladrillo silico-calcáreo Fábrica ladrillo cerámico macizo 1 y = 3E-07x2 - 0.0004x + 0.4652 R2 = 0.9688 0.75 0.5 0.25 400 600 800 1000 1200 1400 1600 Fábricas de bloques y ladrillos 1800 2000 Densidad kg/m3 Conductividad W/m ºC Tabla.3: Conductividad en función de la densidad de materiales aislantes 0.060 y = 2E-06x2 - 0.0002x + 0.0422 R2 = 0.2003 0.050 0.040 0.030 0.020 0 Aislantes 20 40 60 80 100 120 140 160 180 Densidad kg/m3 1.1.1 Capacidad térmica 3 La capacidad térmica Ct [J/m ºK] de los materiales constructivos de un cerramiento tiene una gran influencia en los procesos de transmisión de calor en régimen transitorio, determinando el fenómeno de la inercia térmica definida por el retardo y amortiguación de la onda de calor, y favoreciendo la estabilidad térmica del ambiente interior de los edificios. El calor específico γ [J/Kg ºK] es uno de los dos factores que determinan la capacidad térmica de un material y su magnitud suele oscilar muy poco entre la mayoría de los materiales constructivos, con valores de 800 a 1200 [J/Kg ºK] en los materiales pétreos y entre 900 y 1500 [J/Kg ºK] en los materiales orgánicos, destacando como excepcionalmente alto el calor específico del agua con un valor de 4184 [J/Kg ºK]. Ello implica que el calor específico de un material puede aumentar bastante si contiene una elevada proporción de agua en su masa, como ocurre con el terreno natural o los cerramientos húmedos. 3 3 La densidad D [Kg/m ] de los materiales constructivos pueden tener valores muy dispares, desde 3000 [Kg/m ] las rocas 3 compactas hasta solo 25 [Kg/m ] los materiales aislantes, y es el factor determinante de la capacidad térmica de los materiales de los cerramientos. Los valores de las densidades de los materiales constructivos habituales están perfectamente tabulados, no ocurriendo lo mismo con los valores del calor específico que son muy poco frecuentes, mostrándose una selección de ellos en los anexos y en el próximo apartado. 2 La capacidad térmica total de un cerramiento [J/m ºK] es proporcional a su espesor, y dado que los materiales densos, además de tener una gran capacidad térmica, suelen ser buenos conductores térmicos y deben instalarse en grandes espesores para proporcionar el suficiente aislamiento térmico, se suele dar la coincidencia que la construcción pesada (piedra, hormigón...) tenga poco aislamiento y mucha inercia térmica, mientras que la construcción ligera (madera, aislantes...) tenga las propiedades opuestas. Tabla 4: Propiedades físicas de materiales, con espesor mínimo recomendable para la simulación. Material [Unidad] Alfombras y moquetas Caucho vulcanizado (80% caucho) Tablero aglomerado de partículas Pintura bituminosa Agua (sin convección) Corcho expandido con resinas +/-50kg Madera conífera Tablero fibra madera normal Madera frondosa Carton-yeso Bloque hormigón ligero macizo Poliuretano expandido Asfalto puro Ladrillo macizo Fibrocemento P +/-200kg Hormigón ligero Bloque hormigón ligero Guarnecido de yeso Vidrio plano Fábrica ladrillo cerámico macizo Alicatado Adobe Hormigón armado Mortero de cemento Grava Terreno coherente humedad natural Poliestireno Hormigón en masa vibrado Arena Mampostería granito Tierra vegetal Hielo 0ºC Rocas compactas Acero y fundición Aluminio Densidad 3 Kg/m 1000 1120 650 1200 1000 200 600 625 800 900 1000 40 2100 1800 2000 1000 1400 800 2500 1800 2000 1600 2400 2000 1700 1800 25 2400 1500 2800 1800 917 2750 7600 2700 CalorEsp. J/Kg ºC 1350 2000 1215 1460 4184 1460 1380 1340 1255 920 1050 1590 920 1330 1250 1050 1050 920 836 878 920 920 1050 1050 920 1460 1590 805 920 920 920 2035 880 502 920 Conduct. W/m ºC 0.05 0.15 0.08 0.20 0.60 0.05 0.14 0.16 0.21 0.18 0.33 0.02 0.70 0.87 0.93 0.40 0.56 0.30 0.95 0.87 1.05 0.95 1.63 1.40 1.21 2.10 0.03 1.63 1.28 2.50 1.80 2.25 3.50 54.00 232.00 Capacidad 3 MJ/m º C 1.35 2.24 0.79 1.75 4.18 0.29 0.83 0.84 1.00 0.83 1.05 0.06 1.93 2.39 2.50 1.05 1.47 0.74 2.09 1.58 1.84 1.47 2.52 2.10 1.56 2.63 0.04 1.93 1.38 2.58 1.66 1.87 2.42 3.82 2.48 Difusividad 2 mm /s 0.04 0.07 0.10 0.11 0.14 0.16 0.17 0.19 0.21 0.22 0.31 0.36 0.36 0.36 0.37 0.38 0.38 0.41 0.45 0.55 0.57 0.65 0.65 0.67 0.77 0.80 0.83 0.84 0.93 0.97 1.09 1.21 1.45 14.15 93.40