Impermeabilización y Aislamiento. Técnicas de Aislamiento Térmico y Acústico: Conceptos Básicos y Principios Físicos

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Contenido

Conceptos Básicos y Principios Físicos

Existen tres formas de transmisión del calor que se conocen con los nombres de conducción, convección y radiación. Vamos a definirlas:

-a) Conducción; es el proceso de transmisión de calor de un cuerpo a otro por contacto directo de las moléculas. El flujo energético se dirige de la región de mayor temperatura a la de menor.
-b) Convección; es el mecanismo de transmisión de calor que tiene lugar en un fluido cuando una parte de éste se mezcla con otra debido a los movimientos de la masa del mismo.
-c) Radiación térmica; es la onda electromagnética emitida por la superficie de un cuerpo excitado térmicamente. Esta radiación se emite en todas las direcciones y cuando incide sobre otro cuerpo, puede absorberse, transmitirse o reflejarse.

El proceso más importante en la transmisión de calor en la edificación, es la conducción a través de los distintos elementos que conforman el cerramiento de un edificio.

Ley Fundamental de la Conducción

La ley fundamental de la conducción, demuestra empíricamente que la velocidad del flujo calorífico (q) a través de un cuerpo sólido, es directamente proporcional a la superficie (A) y a la diferencia de temperatura entre dos caras opuestas (t1 - t2), e inversamente proporcional al espesor (Delta.pngx). Esta ley puede expresarse sustituyendo la proporcionalidad por una constante llamada conductividad térmica (Lambda.png), que depende exclusivamente de la composición de cada material. Su fórmula es la siguiente:

Captura222.jpg

Otros principios básicos

Vamos a ocuparnos de otra serie de principios básicos:

a)Conductividad térmica (l)

Es la propiedad que nos indica la mayor o menor facilidad con que una sustancia determinada realiza la transmisión de calor. Ésta depende de la composición química de cada sustancia, de su estado sólido, líquido o gaseoso, de su estructura cristalina y de la temperatura y presión a que está sometido.

También influye si se trata o no de un material homogéneo, pues de no serlo, la conductividad varía dentro de un mismo material.

Los sólidos son mejores conductores que los líquidos y éstos mejores que los gases. Ésto es debido a la mayor o menor distancia entre las moléculas en cada uno de los estados.

Este coeficiente de conductividad térmica representa la cantidad de calor, tomada en una muestra de extensión infinita, caras planas y paralelas y una unidad de espesor, en la unidad de tiempo y a través de la unidad de área, cuando se establece una diferencia de temperatura entre sus caras de 1 ºC. En general, la conductividad térmica en sólidos homogéneos no varía con la presión, pero sí con la temperatura.

b) Conductividad térmica aparente en los materiales no homogéneos.

En la práctica, la mayoría de los materiales que empleamos como aislantes no son sustancias homogéneas o puras. Algunos materiales tienen conductividad no isótropa debido a su estructura fibrosa, como la madera o el asbesto. En otros materiales sólo puede considerarse una conductividad térmica aparente, originada por su falta de homogeneidad, bien por su estructura porosa, como en la lana de vidrio o el corcho, o por la variedad de sustancias integrantes, como es el caso de un muro compuesto por capas de diferentes materiales. En cualquiera de estos casos la conductividad depende de la estructura, composición, porosidad y densidad.

El coeficiente de conductividad térmica de un material no isótropo, deberá referirse a la dirección de propagación del flujo calorífico; por ejemplo, para una muestra de madera hay que indicar si se refiere a la dirección normal de la fibra o paralela a ella.

Por otro lado, en los materiales permeables al aire, la diferencia de temperatura provoca movimientos de convección que dependen de las características geométricas y puede llegar a no ser despreciable su influencia en la propagación del calor.

Para los materiales susceptibles de absorber agua o los materiales higroscópicos, es necesario distinguir si están en estado seco o en qué grado de humedad se encuentran.


c) Resistividad

La resistividad es inversa a la conductividad térmica (r=1/l).

La utilidad de este cociente radica en el caso en que el calor pase sucesivamente a través de diferentes materiales, como es el hecho de una pared formada por diferentes capas. En este supuesto, las resistencias pueden ser calculadas por separado y la resistencia del conjunto es la suma de las resistencias parciales obtenidas.

d) Conductancia térmica (c)

La conductancia térmica es la cantidad de calor transmitida a través de la unidad de área de una muestra de material de espesor L, dividida por la diferencia de temperaturas entre las caras caliente y fría en condiciones estacionarias. Ésta depende del espesor del material, mientras que la conductividad se refiere a la unidad de espesor del material.

e) Difusividad térmica

La difusividad térmica es una propiedad física relacionada con la conductividad térmica, la densidad y el calor específico del sólido a presión constante. Un caso particular de la ecuación anterior es el régimen permanente, llamado así por su independencia respecto al tiempo.

f) Coeficiente superficial de transmisión del calor

Este coeficiente superficial de transmisión de calor es la transmisión térmica por unidad de área hacia o desde una superficie en contacto con aire u otro fluido debido a la convección, conducción e irradiación, dividida por la diferencia de temperatura entre la superficie del material y la temperatura seca del fluido.

TATACua1.png

El valor del coeficiente superficial depende de factores como el movimiento del aire, la rugosidades de la superficie y la naturaleza y temperatura del ambiente.

RT=Rsi+Rse


g) Resistencia térmica superficial;

Es la inversa de los coeficientes superficiales de transmisión del calor y su valor depende del sentido del flujo del calor y de la situación exterior o interior de la superficie.

Rsi: resistencia superficial de la cara interior del muro

Rse: resistencia superficial de la cara exterior del muro

Resistencia térmica superficial

h) Transmitancia térmica.

Considerando un cerramiento que separa dos ambientes isotermos, es el flujo del calor por unidad de superficie y por grado de diferencia de temperatura entre los dos ambientes (hi, he).

Se calcula mediante la siguiente fórmula:

TATAForm2.png

Donde L es el espesor.

La diferencia entre la transmitancia y la conductancia radica en que para ésta la diferencia de temperatura se mide entre las dos caras, mientras que para la transmitancia esta medida se realiza entre los dos ambientes a ambos lados de la muestra.

i) Resistencia térmica total

Es la suma de las resistencias superficiales y de la resistencia térmica de los materiales que componen la pared. Es la inversa del coeficiente total de transmisión de calor. (RT = 1/U)

Los conceptos y sus unidades más utilizadas son:

Resistencia térmica total

j) Parámetros característicos y parámetros característicos medios de la envolvente térmica

Son valores que necesitamos conocer para comprobar que un edificio cumple la normativa vigente en esta materia.

Se entiende por envolvente térmica del edificio a la formada por los cerramientos del edificio que separan los recintos habitables del ambiente exterior, tales como muros de fachada, medianeros, cubiertas, ventanas, puertas, lucernarios, suelos y muros en contacto con el terreno y cubiertas enterradas, así como a las particiones interiores que separan los recintos habitables de los no habitables.

Esquema de envolvente térmica de un edificio. Fuente: Código Técnico de la Edificación

Los parámetros característicos de la envolvente son:

- a) UM transmitancia térmica de muros de fachada;
- b) UC transmitancia térmica de cubiertas;
- c) US transmitancia térmica de suelos;
- d) UT transmitancia térmica de cerramientos en contacto con el terreno;
- e) UH transmitancia térmica de huecos ;
-f) FH factor solar modificado de huecos;

Los "parámetros característicos medios" que definen la envolvente térmica son medias ponderadas de los valores de transmitancia y factor solar (parámetros característicos) de los distintos cerramientos que componen un edificio y son:

- UMm. Transmitancia térmica de muros de fachada para cada orientación, incluyendo en el promedio los puentes térmicos integrados en la fachada tales como contorno de huecos UPF1, pilares en fachada UPF2 y de cajas de persianas UPF3, u otros;
- UCm.Transmitancia térmica de cubiertas incluyendo en el promedio la transmitancia de los lucernarios UL y los puentes térmicos integrados en cubierta UPC; incluyen cubiertas inclinadas menos de 600, planas y bajo tierra.
- USm. Transmitancia térmica de suelos;
- UTm; Transmitancia térmica de cerramientos en contacto con el terreno
- UHm Transmitancia térmica de huecos para cada orientación;
- FHm factor solar modificado de huecos;

En la tabla de la figura siguiente se muestran las formulas para hallar los distintos parámetros característicos medios que deben ser comparados con unos valores limite que dependen de la zona climática.

Síntesis del procedimiento de comparación con los valores límites

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