PROPIEDADES TERMICAS POR "PROPIEDAD O CARACTERÍSTICA TÉRMICA" SE ENTIENDE LA RESPUESTA DE UN MATERIAL AL SER CALENTADO A MEDIDA QUE UN SÓLIDO ABSORBE ENERGÍA EN FORMA DE CALOR, SU TEMPERATURA Y SUS DIMENSIONES AUMENTAN. LA ENERGÍA PUEDE TRANSPORTARSE DE LAS REGIONES CALIENTES A LAS REGIONES MÁS FRÍAS DE LA MUESTRA SI EXISTE UN GRADIENTE DE TEMPERATURA Y, FINALMENTE LA MUESTRA PUEDE FUNDIRSE -LA CAPACIDAD CALORÍFICA CALOR -LA DILATACIÓN TÉRMICA -LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA -LA REFRACTARIEDAD (RESISTENCIA PIROSCÓPICA) SON PROPIEDADES MUY IMPORTANTES EN LA UTILIZACIÓN PRÁCTICA DE LOS MATERIALES PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO CUANDO SE CALIENTA UN MATERIAL SÓLIDO, ÉSTE EXPERIMENTA UN AUMENTO DE TEMPERATURA, INDICANDO CON ELLO QUE ABSORBE ENERGÍA. LA CAPACIDAD CALORÍFICA ES UNA PROPIEDAD QUE INDICA LA CAPACIDAD DE UN MATERIAL DE ABSORBER CALOR DE SU ENTORNO. REPRESENTA LA CANTIDAD DE ENERGÍA NECESARIA PARA AUMENTAR LA TEMPERATURA DEL MATERIAL EN UNA UNIDAD. Normalmente, la capacidad calorífica se expresa por mol de material C (J/mol.K), obteniéndose la capacidad calorífica molar, que puede ser a volumen constante,CV o a presión constante, CP. PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO LA MAGNITUD DE CP ES MÁS FÁCIL DE MEDIR Y SIEMPRE ES MAYOR QUE CV. SIN EMBARGO, ESTA DIFERENCIA ES MUY PEQUEÑA PARA LA MAYORÍA DE LOS MATERIALES SÓLIDOS A TEMPERATURA AMBIENTE E INFERIORES. 9α 2VT CP − CV = K α = Coeficiente de dilatación térmica lineal K = Módulo de elasticidad volumétrica = -∆P/(∆V/V), es decir el cociente entre el cambio de presión y la disminución relativa de volumen V = Volumen T = Temperatura absoluta Para los sólidos la diferencia entre Cp y Cv es muy pequeña, ya que el valor de α es muy pequeño y el de K grande. A temperatura ambiente la diferencia para los sólidos es del 5 %. PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO A VECES SE UTILIZA EL CALOR ESPECÍFICO (A MENUDO REPRESENTADO POR Ce). ESTE REPRESENTA LA CAPACIDAD CALORÍFICA POR UNIDAD DE MASA (J/Kg.K) Y SE DEFINE COMO LA CANTIDAD DE CALOR QUE HAY QUE COMUNICAR A LA UNIDAD DE MASA CON EL FIN DE ELEVAR UN GRADO SU TEMPERATURA, ES DECIR: ΔQ ce = mΔT ΔQ = ce mΔT PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO EN EL AÑO 1819 LOS CIENTÍFICOS FRANCESES P. DULONG Y A. PETIT ESTABLECIERON EXPERIMENTALMENTE UNA LEY DE ACUERDO CON LA CUAL LA CAPACIDAD CALORÍFICA MOLAR DE TODOS LOS SÓLIDOS, A TEMPERATURAS SUFICIENTEMENTE ALTAS, ES UNA MAGNITUD CONSTANTE INDEPENDIENTE DE LA TEMPERATURA E IGUAL, APROXIMADAMENTE A: 3R = 25 J/Mol.K SIENDO: R = CONSTANTE GASES PERFECTOS = NAKB = 8.314 J/MOL.K ESTO SIGNIFICA QUE CUANDO UN SÓLIDO CUALQUIERA SE CALIENTA UN KELVIN, CADA UNO DE SUS ÁTOMOS ABSORBE UNA MISMA CANTIDAD DE ENERGÍA NA = NÚMERO DE AVOGADRO =6.02 X 1023 ÁTOMOS (O MOLÉCULAS) KB = CONSTANTE DE BOLTZMANN = 1.38 X 10-23 J/ÁTOMOS.K, O 8.62 X 10-5 EV/ÁTOMOS.K PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO ΔQ ce = m ΔT ΔQ PM ΔQ cC = ΔQ cC = = nΔT mΔT PM mΔT c ce = C PM cC = ce PM (cC = ce PA ) cC = ce PM ce PM = 25 J / atg .K cC = ce PA ce PA = 25 J / atg .K cC = 25 J / mol.K PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO CAPACIDAD TERMICA Ct = ρ ce Ctg = eCt = ρ ce e La capacidad térmica (sin referirse a la unidad de área), C, es el producto del calor especifico ce, por la masa M, es decir, que siendo ρ la densidad, e el espesor de un muro y S su área frontal, se puede determinar C mediante la ecuación: C = ceM = ρ ceeS Si S =1 , se tiene que: C= ρ cee = Ct e S 1.- Calor específico de un material. Sean dos materiales A y B, tales que el calor específico de A es mayor que el de B, es decir ceA > ceB A una cantidad de masa igual para los dos, que esta a temperatura ambiente, se les suministra la misma cantidad de calor durante el mismo período de tiempo, ¿Cuál de ellos tendrá mayor temperatura al final del calentamiento?. 2.- A una cantidad de masa igual de dos materiales A y B ( m A = mB ) que están a temperatura ambiente, se les suministra la misma cantidad de calor durante el mismo período de tiempo. Al final se tiene que la temperatura del material A es mayor que la del B (TA > TB ) ¿Cuál de ellos tendrá mayor calor específico?. PROPIEDADES TERMICAS /DILATACION TERMICA PROPIEDADES TERMICAS /DILATACION TERMICA PROPIEDADES TERMICAS /DILATACION TERMICA PROPIEDADES TERMICAS /DILATACION TERMICA 2.- EN LA UTILIZACIÓN DE LOS MATERIALES. -PREVISIÓN DE CAMBIOS DIMENSIONALES Y FORMAS -DISEÑO DE ESTRUCTURAS O MAMPOSTERÍAS REFRACTARIAS -TENSIONES TERMOMECÁNICAS EN EL INTERIOR DE PIEZAS DE MATERIALES COMPUESTOS (POLIFÁSICOS) -RESPUESTAS A LOS CHOQUES TÉRMICOS ASOCIADAS A EXPANSIONES Y CONTRACCIONES. -COMPORTAMIENTO ANTE LOS CICLOS TÉRMICOS -RESISTENCIA AL DESCONCHADO (SPALLING) -TENSIONES ENTRE ELEMENTOS DEL REVESTIMIENTO REFRACTARIO - CALCULO DE JUNTAS DE DILATACIÓN ADECUADAS, PARA QUE NO QUEDEN ABIERTAS LO QUE DARIA LUGAR A UN AFLOJAMIENTO DE LA MAMPOSTERÍA Y SE PRODUCIRIAN FUGAS O PARA QUE NO SE APRIETEN PRODUCIENDO CARGAS DE PRESIÓN QUE PUEDEN CAUSAR ROTURAS. PROPIEDADES TERMICAS / CALOR ESPECIFICO PROPIEDADES TERMICAS /CONDUCTIVIDAD TERMICA LA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA ES UNA PROPIEDAD MUY IMPORTANTE A LA HORA DE ELEGIR EL MATERIAL MÁS ADECUADO DESDE EL PUNTO DE VISTA DEL AISLAMIENTO TÉRMICO. EL AISLAMIENTO TÉRMICO DE UN CERRAMIENTO ES LA CARACTERISTICA POR LA QUE SE REDUCE EL FLUJO DE CALOR QUE ESPONTANEAMENTE SE TRANSFIERE DESDE EL AMBIENTE MÁS CALIENTE AL MÁS FRIO EN GENERAL, EN LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION, Y ESPECIALMENTE EN LOS AISLANTES, SE REQUIERE UNA BAJA CONDUCTIVIDAD TÉRMICA AL OBJETO DE MINIMIZAR LAS PÉRDIDAS DE CALOR POR LAS PAREDES DE LOS EDIFICIOS, ETC PROPIEDADES TERMICAS /CONDUCTIVIDAD TERMICA LOS EDIFICIOS DISPONDRÁN DE UNA ENVOLVENTE DE CARACTERÍSTICAS TALES QUE LIMITE ADECUADAMENTE LA DEMANDA ENERGÉTICA NECESARIA PARA ALCANZAR EL BIENESTAR TÉRMICO EN FUNCIÓN DEL CLIMA DE LA LOCALIDAD, DEL USO DEL EDIFICIO Y DEL RÉGIMEN DE VERANO Y DE INVIERNO, ASÍ COMO POR SUS CARACTERÍSTICAS DE AISLAMIENTO E INERCIA, PERMEABILIDAD AL AIRE Y EXPOSICIÓN A LA RADIACIÓN SOLAR, REDUCIENDO EL RIESGO DE APARICIÓN DE HUMEDADES DE CONDENSACIÓN SUPERFICIALES E INTERSTICIALES QUE PUEDAN PERJUDICAR SUS CARACTERÍSTICAS Y TRATANDO ADECUADAMENTE LOS PUENTES TÉRMICOS PARA LIMITAR LAS PÉRDIDAS O GANANCIAS DE CALOR Y EVITAR PROBLEMAS HIGROTÉRMICOS EN LOS MISMOS. UN PUENTE TÉRMICO ES UNA ZONA DONDE SE TRANSMITE MÁS FÁCILMENTE EL CALOR, POR SER DE DIFERENTE MATERIAL O ESPESOR. UN EJEMPLO PODRÍA SER UN TORNILLO QUE UNE DOS PLANCHAS DE MADERA. COMO EL TORNILLO CONDUCE MEJOR EL CALOR QUE LA MADERA EL CALOR SE ESCAPA POR AHÍ. POR ESTE MOTIVO, ANTES DE MEJORAR LA EFICACIA DEL RESTO DEL AISLAMIENTO SE DEBERÍA VALORAR ELIMINAR LA FUGA DE CALOR DEL TORNILLO. PLANCHAS DE MADERA TORNILLO UN CASO MUCHO MÁS COMÚN ES EL DE LAS VENTANAS DE DOBLE CRISTAL CON MARCO DE ALUMINIO. EL DOBLE CRISTAL ES UN AISLANTE MUY BUENO, PERO EL ALUMINIO ES UN EXCELENTE CONDUCTOR TÉRMICO, Y POR ESO DEJA ESCAPAR EL CALOR. A VECES, EN INVIERNO SE PUEDEN VER SUDAR (PEQUEÑAS GOTAS DE AGUA, DE HUMEDAD CONDENSADA) A LOS MARCOS Y, SI EMBARGO, EL CRISTAL NO SUDA. PARA EVITAR ESTA FUGA SE USA LO QUE SE DENOMINA ROTURA DE PUENTE TÉRMICO. CONSISTE EN EVITAR QUE LA CARA INTERIOR Y EXTERIOR TENGAN CONTACTO ENTRE SÍ, INTERCALANDO UN MAL CONDUCTOR, CON LO QUE SE REDUCEN MUCHO LA PÉRDIDAS. PARA EL CASO DE VENTANAS DE ALUMINIO SUELE UTILIZARSE UN PERFIL SEPARADOR DE PLÁSTICO EMBUTIDO EN EL PROPIO PERFIL DE ALUMINIO QUE CONFORMA LA VENTANA. LAS VENTAJAS DEL USO DE LA ROTURA DE PUENTE TÉRMICO SON: •EL AHORRO DE ENERGÍA. LA LEGISLACIÓN ES CADA VEZ MÁS ESTRICTA EN MATERIA DE EFICIENCIA ENERGÉTICA DE LOS EDIFICIOS. EL OBJETIVO ES REDUCIR LA EMISIÓN DE CO2. •LA LIMITACIÓN DE LAS CONDENSACIONES. EN CLIMAS FRÍOS CUANDO LA TEMPERATURA EXTERIOR ES MUY BAJA Y EN EL INTERIOR HAY UNA HUMEDAD RELATIVA ELEVADA, SE DA EL FENÓMENO DE LA CONDENSACIÓN SOBRE LOS PERFILES INTERIORES. ELLO ES DEBIDO A QUE LA TEMPERATURA DEL PERFIL INTERIOR ESTÁ POR DEBAJO DE LA TEMPERATURA DEL ROCÍO. CON LA ROTURA DEL PUENTE TÉRMICO SE CONSIGUE ELEVAR LA TEMPERATURA SUPERFICIAL DEL PERFIL INTERIOR, EN CONSECUENCIA SE RESTRINGE LA APARICIÓN DEL ROCÍO. •LA POSIBILIDAD DE TENER PERFILES BICOLORES. EL USO DE LAS VARILLAS PERMITE LA UTILIZACIÓN DE PERFILES DE ALUMINIO DE DISTINTO COLOR EN LAS CARAS INTERIOR Y EXTERIOR DE LA VENTANA. •EL CUMPLIMIENTO, NO SÓLO DEL PROTOCOLO DE KYOTO, SINO TAMBIÉN DEL CÓDIGO TÉCNICO DE LA EDIFICACIÓN QUE OBLIGA A QUE LOS CERRAMIENTOS DE ALUMINIO SEAN CON ROTURA DE PUENTE TÉRMICO EN UN 80% DE LA GEOGRAFÍA ESPAÑOLA. EXISTE EL PROBLEMA, TAMBIÉN EN CONSTRUCCIÓN, DE PUENTES TÉRMICOS PRESENTES EN FACHADAS DE EDIFICIOS POR EL CONTACTO DE PIEZAS ESTRUCTURALES CON EL EXTERIOR. POR EJEMPLO, EN UN EDIFICIO QUE TENGA ESTRUCTURA METÁLICA O DE HORMIGÓN, LOS PILARES Y VIGAS HARÁN DE PUENTE TÉRMICO RESPECTO DEL CERRAMIENTO. UN CERRAMIENTO QUE SEA INTERRUMPIDO POR UN PILAR O UNA VIGA, EXPERIMENTARÁ UN PUENTE TÉRMICO EN ESA ZONA, PUES EL PILAR O VIGA, TRANSMITEN MEJOR EL CALOR, PROVOCANDO UNA PÉRDIDA Y APARECIENDO UN "PUNTO FRÍO" QUE PUEDE PROVOCAR CONDENSACIÓN. GENERALMENTE SON OBSERVABLES PATOLOGÍAS (ZONAS HÚMEDAS CON MOHO) EN ESTOS PUENTES TÉRMICOS. CERRAMIENTO VIGA DE HORMIGON UN MODO USUAL DE RESOLVER ESTE COMÚN PUENTE TÉRMICO ES NO SITUAR LOS PILARES O VIGAS ENRASADAS CON LA FACHADA POR SU PARTE EXTERNA, SINO REHUNDIDOS UNOS CENTÍMETROS RESPECTO DE LA FÁBRICA DE ALBAÑILERÍA, LO SUFICIENTE PARA "PROTEGERLOS" CON UN AISLANTE TÉRMICO EXTERIOR. ASÍ SE EVITARÁN LAS CONDENSACIONES Y APARICIÓN DE HUMEDAD Y MOHO EN EL INTERIOR DE LA VIVIENDA. CERRAMIENTO VIGA DE HORMIGON AISLANTE TÉRMICO EXTERIOR LOS OBJETIVOS PRINCIPALES DEL AISLAMIENTO TÉRMICO EN LA CONSTRUCCIÓN SON: -AHORRAR ENERGÍA - MEJORAR EL CONFORT - PROTEGER AL INDIVIDUO, AL HÁBITAT Y AL MEDIO AMBIENTE CON RESPECTO AL AHORRO DE ENERGÍA EN EL SECTOR DE LOS EDIFICIOS DE VIVIENDA Y COMERCIALES, HA DE TENERSE EN CUENTA QUE LA CANTIDAD DE ENERGÍA QUE SE CONSUME PARA EL ACONDICIONAMIENTO TÉRMICO, CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN, ES UNA CANTIDAD MUY IMPORTANTE. LA ENERGÍA CONSUMIDA EN LOS EDIFICIOS REPRESENTA EL 40% DEL TOTAL DE LA ENERGÍA CONSUMIDA EN EUROPA. EL TRANSPORTE REPRESENTA EL 32% Y LA INDUSTRIA EL 28% RESTANTE. EL 19% DEL TOTAL DE LA ENERGÍA ELÉCTRICA CONSUMIDA EN EL MUNDO SE DEBE AL ALUMBRADO. VEMOS ASÍ QUE TANTO LOS EDIFICIOS EN GENERAL COMO EL ALUMBRADO EN PARTICULAR REPRESENTAN UNO DE LOS SECTORES DE MAYOR CONSUMO ENERGÉTICO DENTRO DE LA UNIÓN EUROPEA, POR LO QUE SE CONVIERTEN EN UNA ENORME OPORTUNIDAD PARA AHORRAR ENERGÍA, AHORRAR DINERO Y PARA REDUCIR NUESTRAS EMISIONES DE CO2. SE DEFINE COMO CERRAMIENTOS A LOS ELEMENTOS DE SEPARACIÓN ENTRE EL AMBIENTE INTERIOR Y EL AMBIENTE EXTERIOR DE UN EDIFICIO Y QUE CONSTITUYEN SU ENVOLVENTE CIEGA. LADRILLO PERFORADO CERRAMIENTO MULTICAPA EN LA TRANSMISIÓN DEL CALOR A TRAVÉS DE LOS CERRAMIENTOS, ENTRE EL AMBIENTE EXTERIOR Y EL AMBIENTE INTERIOR DE LOS EDIFICIOS, SE DISTINGUEN VARIOS MECANISMOS DE TRANSFERENCIA Y REGIONES DONDE SE REALIZAN. 1.- SUPERFICIES, EN CONTACTO CON EL AMBIENTE EXTERIOR E INTERIOR, DONDE SE INTERCAMBIA CALOR POR RADIACIÓN Y CONVECCIÓN 2.- INTERIOR DEL CERRAMIENTO, DONDE SE TRANSMITE CALOR POR CONDUCCIÓN ENTRE AMBAS SUPERFICIES A TRAVÉS DE VARIAS CAPAS, Y SE ALMACENA CALOR POR ACUMULACIÓN EN SU MASA TÉRMICA. -1 Y 3 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONVECCIÓN Y RADIACIÓN - 2 TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN. PROPIEDADES TERMICAS /CONDUCTIVIDAD TERMICA INTEGRANDO (Suponiendo que k no depende de la temperatura) q LEY DE FOURIER q q= → L, k → T2 (T1> T2) T1 k ΔT ΔT T1 − T2 ) = = ( L L Rt k ( ) (POR UNIDAD DE ÁREA) PARED SIMPLE PARED COMPUESTA Distribución de temperaturas para conducción estacionaria a través de una pared plana compuesta. y el circuito térmico correspondiente. q= T1 − T3 + LB (L k ) ( k ) A A ΔT RA + RB B INVIERNO AMBIENTE AMBIENTE EXTERIOR, = INTERIOR, Te Ti CONVECCION qconv qrad RADIACION qconv qcond Tsi Tse LEY DE ENFRIAMIENTO DE NEWTON CONVECCION LEY DE FOURIER T −T ΔT T −T Tse − Te Q ΔT Q ΔT q = sin se = n qc = = hce ΔT = q = = hci ΔT = i si = = L i 1 1 A Rtconv A Rtconv Ri hce h ci k • • LEY DE STEFAN – BOLTZMANN ( q = σε s Tse4 − Te4 ( ) ) q = σε s Tse2 + Te2 (Tse + Te )(Tse − Te ) ∑ i =1 qr = i ∑ i =1 Tse − Te ⎛ ⎞ ⎜ 1 ⎟ ⎜ σε s Tse2 + Te2 (Tse + Te ) ⎟ ⎝ ⎠ ( ) = Tse − Te ΔT = 1 Rtrad hre INVIERNO AMBIENTE AMBIENTE EXTERIOR, INTERIOR, Te Ti CONVECCION qconv qrad RADIACION qconv qcond Tsi Tse CONVECCION qconv = qcond = qconv + qrad Ti − Tsi Tsi − Tse Tse − Te Tse − Te q = Ti − Tsi = Tsi − Tse = ( h + h )(T − T ) ce re se e = n = + q= n L 1 1 1 1 Li i hci ∑ hci hce hre ∑ i =1 ki k i =1 i q= Ti − Tsi Tsi − Tse Tse − Te = n = 1 1 Li hci ∑ ( hce + hre ) i =1 ki q= Ti − Te n 1 + ∑ Li + 1 hci i =1 k ( hce + hre ) i RT = Rtconvi + Rtcond + R e 1 1 1 1 1 = + = + = hce + hre 1 1 R e Rtconve Rtrade hce hre Re = 1 hce + hre n L 1 1 1 i RT = = +∑ + U hci i =1 ki hce + hre CAMARAS DE AIRE Rca = T1 ε1 1 1 = h hr + ⎛⎜ c ⎞⎟ hca ⎝ 2⎠ T2 ε2 PAREDES PLANAS GRISES A LAS TEMPERATURAS T1 Y T2 LADRILLO PERFORADO • Q • q= Q = U (Ti − To ) A 1 1 LA LB LC 1 LD LE LF 1 = + + + + + + + + U hci k A k B kC hca k D k E k F hco + hro 1 1 U= = 1 LA LB LC 1 LD LE LF 1 RT + + + + + + + + hci k A k B kC hca k D k E k F hco + hro RT = U TRANSMITANCIA TERMICA DEL CERRAMIENTO (W/m2.K) AUMENTA AL INCREMENTARSE LA CONDUCTIVIDAD TERMICA DE SUS MATERIALES INTEGRANTES 1 KCal/h.m2.K = 1,162 W/m2.K Valores de resistencia térmica superficial propuestos por [NBE-CT-79] RESISTENCIAS TÉRMICAS SUPERFICIALES DE CERRAMIENTOS EN CONTACTO CON EL AIRE EXTERIOR EN m2.K/W (CODIGO TÉCNICO DE EDIFICACION) Valores de resistencia térmica de cámaras de aire según la NBE-CT-79. CODIGO TECNICO DE EDIFICACIÓN PROPIEDADES TERMICAS /CONDUCTIVIDAD TERMICA IMPEDANCIA TÉRMICA TODOS NOSOTROS HEMOS EXPERIMENTADO UNA SENSACIÓN DE FRESCURA AGRADABLE AL TRASPASAR, EN UNA PESADA TARDE VERANIEGA, EL UMBRAL DE UNA CASA SOLARIEGA O DE UNA ERMITA Y PENETRAR EN SU INTERIOR UMBRÍO PROTEGIDO POR ESPESOS MUROS DE PIEDRA. EN ESTE CASO EL AMBIENTE AGRADABLE, INCLUSO FRESCO, ES LA CONSECUENCIA DE SUPERPONER LA RESPUESTA DE UN EDIFICIO CON UNA GRAN MASA TÉRMICA, CAPAZ DE REDISTRIBUIR LAS MÁS BAJAS TEMPERATURAS NOCTURNAS CON LAS MÁS ELEVADAS DE LAS HORAS DE INSOLACIÓN. TODO ELLO SUPERPUESTO CON UN EFECTO DE ESCASA CAPTACIÓN DE LA RADIACIÓN SOLAR. ES LA CONSECUENCIA DE LA AUSENCIA DE APORTES Y DE QUE EL EDIFICIO SE ENCARGA DE “PROMEDIAR” LAS TEMPERATURAS DE LA EVOLUCIÓN DIARIA DANDO LUGAR A UNA TEMPERATURA CASI CONSTANTE EN SU INTERIOR IGUAL O INFERIOR A LA MEDIA DE LA TEMPERATURA EXTERNA EN AUSENCIA DE OTROS APORTES. IMPEDANCIA TÉRMICA SEA UN ESPACIO DETERMINADO CERRADO POR PAREDES FÍSICAMENTE DISTINGUIBLES PERO DELGADAS. LA INTUICIÓN NOS DICE QUE UN CERRAMIENTO DE ESTE TIPO NO OFRECERÁ APENAS PROTECCIÓN ALGUNA RESPECTO DE LAS CONDICIONES AMBIENTALES EXTERNAS Y, EN AUSENCIA DE APORTES AUXILIARES, LA TEMPERATURA INTERIOR REFLEJARÁ LAS VARIACIONES DE LA TEMPERATURA EXTERIOR. IMPEDANCIA TÉRMICA PARA PODER CUANTIFICAR ESTE FENÓMENO SE EMPLEA EL CONCEPTO DE IMPEDANCIA TERMICA, QUE DEFINE LA TRANSFERENCIA DE CALOR DE UN CERRAMIENTO EN ESTADO DINÁMICO. ESTE CONCEPTO PERMITE CUANTIFICAR E INTERPRETAR CORRECTAMENTE EL COMPORTAMIENTO INERCIAL DE LOS CERRAMIENTOS Y, EN GENERAL, DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN ESTADO ESTACIONARIO / COEFICIENTE DE TRANSMISION DE CALOR, U RÉGIMEN DINÁMICO- IMPEDANCIA TERMICA, Z LA IMPEDANCIA TERMICA SE DEFINE COMO EL COCIENTE ENTRE LA AMPLITUD DE LA ONDA DE TEMPERATURA EXTERIOR Y LA AMPLITUD DE LA ONDA DE FLUJO DE CALOR QUE ATRAVIESA EL CERRAMIENTO 2 ( ) IMPEDANCIA TERMICA m 2 .K / W = Z = T Q ⎛ ω RC ⎞ Z = R 1+ ⎜ ⎟ ⎝ 4 ⎠ R = L/k = RESISTENCIA TÉRMICA (m2.K/W) C = ρceL= CAPACIDAD TERMICA (J/m2.K) ω = FRECUENCIA DE LA ONDA (Rad/s) (R Y C POR UNIDAD DE ÁREA) A L Variación del flujo de calor que desde el interior entra en el muro (la parte inferior) y temperatura en el exterior (en la superior),en función del tiempo. Cerramiento muy poco inerte,de 20 cm de aislante. Frecuencia es una medida que se utiliza generalmente para indicar el número de repeticiones de cualquier fenómeno o suceso periódico en la unidad de tiempo FRECUENCIAS BAJAS FRECUENCIAS ALTAS EJEMPLOS DE ONDAS DE DISTINTAS FRECUENCIAS; SE OBSERVA LA RELACIÓN INVERSA CON LA LONGITUD DE ONDA. ADEMAS ENTRE LAS ONDAS DE TEMPERATURA Y DE FLUJO DE CALOR QUE ATRAVIESA EL CERRAMIENTO EXISTE UN DESFASE QUE INDICA EL TIEMPO QUE TARDA EN PENETRAR LA PERTURBACIÓN EXTERIOR HACIA EL INTERIOR DEL EDIFICIO. ⎛ ω RC ⎞ DESFASE ( Horas ) = δ = Arctg ⎜ ⎟ ⎝ 4 ⎠ DESFASE CUANTO MAYOR SEA EL VALOR DEL DESFASE MEJOR SERÁ SU COMPORTAMIENTO TÉRMICO LA MASA TÉRMICA O INERCIA TÉRMICA DEL HORMIGÓN, PERMITE QUE EL MURO TENGA UNA GRAN ABSORCIÓN DE CALOR, LO QUE CONTRIBUYE A SUAVIZAR LAS DIFERENCIAS DE TEMPERATURA A LO LARGO DEL TIEMPO. ESTO SE TRADUCE EN QUE LAS VIVIENDAS DE HORMIGÓN NO SE SOBRECALIENTEN EN CONDICIONES DE ALTAS TEMPERATURAS (VERANO) NI SE ENFRÍEN RÁPIDAMENTE EN CONDICIÓN DE BAJAS TEMPERATURAS (INVIERNO), PERMITIENDO UN FUNCIONAMIENTO MÁS EFICIENTE DE LOS SISTEMAS DE CALEFACCIÓN Y REFRIGERACIÓN. UN MURO DE GRAN MASA TÉRMICA (COMBINACIÓN DE MASA Y CALOR ESPECÍFICO MEDIO) TIENE UN COMPORTAMIENTO TÉRMICO MUY DIFERENTE AL DE UN MURO AISLANTE CONVENCIONAL. EN VERANO EL MURO EVITARA QUE EN LAS HORAS CENTRALES DEL DÍA LA TEMPERATURA DEL EDIFICIO SE DISPARE. GRACIAS A LA INERCIA TÉRMICA DEL MURO CONSEGUIREMOS UNA TEMPERATURA INTERIOR ESTABLE Y UN MÁXIMO CONFORT. EN INVIERNO, EL MURO ACUMULA CALOR EN LAS HORAS EN QUE LUCE EL SOL Y LO DISTRIBUYE A LO LARGO DEL DÍA. DE ESTE MODO MINIMIZA LAS NECESIDADES DE CALEFACCIÓN DEL EDIFICIO Y EVITA EL ENFRIAMIENTO NOCTURNO. LOS MUROS DE GRAN ESPESOR, COMO SE CONSTRUÍAN ANTIGUAMENTE, CONDUCEN A RESISTENCIAS Y CAPACIDADES ELEVADAS, DEJANDO PASAR MUY MAL LAS ONDAS PERIÓDICAS DE FRECUENCIAS DE UNO O VARIOS DÍAS. REDUCIDA VARIACIÓN DE TEMPERATURA EN LAS BODEGAS ENTERRADAS, MINAS O EN LAS CATEDRALES. SE MANTIENE PRÁCTICAMENTE CONSTANTE Y MUY PRÓXIMA A LA TEMPERATURA MEDIA DE LA ZONA. La impedancia térmica que presentan las paredes de las cuevas es tan grande, que atenúa y filtra la onda térmica ambiental hasta rectificarla casi en su totalidad. LAS PERTURBACIONES TÉRMICAS DEBIDAS A UNA RÁFAGA DE VIENTO O AL PASO DE UNA NUBE QUE OCULTA LOS RAYOS SOLARES, SON RETENIDAS POR CUALQUIER CERRAMIENTO QUE ACTÚA DE FILTRO PARA LAS GRANDES FRECUENCIAS. SIN EMBARGO, SE REQUIEREN CERRAMIENTOS MUY INERCIALES PARA HACER LO MISMO CON LAS ONDAS DIARIAS U OLAS DE CALOR Y FRÍO DE VARIOS DÍAS (FRECUENCIAS BAJAS) (R » RL) Circuito equivalente SIMPLIFICADO de un muro homogéneo ⎛ ω RC ⎞ Z = R 1+ ⎜ ⎟ ⎝ 4 ⎠ 2 ⎛ ω RC ⎞ DESFASE ( Horas ) = δ = Arctg ⎜ ⎟ ⎝ 4 ⎠ (R » RL) Circuito equivalente de un muro homogéneo. Aproximación de orden 3. 2 ⎡ 2 ⎛ ω RC ⎞2 ⎤ ⎧⎪ 1 ⎡ ⎛ ω RC ⎞ ⎛ ω RC ⎞3 ⎤ ⎫⎪ Z = R ⎢1 − ⎜ ⎟ ⎥ + ⎨ ⎢19 ⎜ ⎟−⎜ ⎟ ⎥⎬ 3 9 12 9 9 ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎝ ⎠ ⎥⎦ ⎪⎭ ⎢⎣ ⎥⎦ ⎪⎩ ⎢⎣ ⎛ 1 ⎡ ⎛ ω RC ⎞ ⎛ ω RC ⎞3 ⎤ ⎞ ⎜ ⎢19 ⎜ ⎟−⎜ ⎟ ⎥⎟ 3 9 9 ⎠ ⎝ ⎠ ⎥⎦ ⎟ ⎜ ⎢ ⎝ δ = Arctg ⎜ ⎣ ⎟ 2 8 ⎛ ω RC ⎞ ⎜ ⎟ 4 − ⎜ ⎟ ⎜ ⎟ 3⎝ 9 ⎠ ⎝ ⎠ 2