Características térmicas de los materiales en la construcción: conductividad, transmitancia e inercia

Características Térmicas

Objetivos

• Controlar las variaciones diarias de temperatura (inercia).
• Mantener la diferencia entre temperatura interior y exterior (aislamiento).
• Reducir el impacto de la radiación solar en interiores (reflectancia).
• Lograr un uso racional de la energía (mínimo costo).
• Evitar la condensación y patologías constructivas.
• Mantener temperaturas superficiales confortables.

Confort + Economía + Calidad Ambiental + Durabilidad

Características de los Materiales

Todos los materiales reflejan, absorben y transmiten calor.

Conductividad Térmica (λ)

Control de la transferencia de calor por conducción. Se mide en W/mK.

Capacidad Calorífica (c)

Capacidad de absorción de calor con variaciones de temperatura según volumen (KJ/m³K) o peso (KJ/kgK).

Reflexión (r)

Capacidad para rechazar la radiación. Se expresa como la proporción entre radiación incidente y radiación reflejada (%).

Conductividad Térmica (λ)

Propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor, es decir, la capacidad de una sustancia de transferir la energía de sus moléculas a otras moléculas adyacentes o a sustancias con las que está en contacto. Flujo en Watts a través del material por m² / m de espesor, con 1°C de diferencia entre ambas caras (W/mK): T1 - T2 = 1°C.

La humedad afecta la conductividad de los materiales.

• 1% H₂O = 30% de aumento
• 3% H₂O = 60% de aumento

Humedad = Ineficiencia

Material seco = poco contacto entre sólidos

Material húmedo = mayor contacto entre partículas

Con poca agua, aumenta el contacto.

Características de los Elementos Constructivos

• Transmitancia Térmica (U): Control de la transferencia de calor (W/m²K).
• Retraso Térmico (φ): Demora en el paso de la onda de variación de temperatura (horas).
• Factor de Calor Solar (FSA): Proporción de radiación solar incidente transmitida a través de un elemento constructivo (opaco o transparente) (%).

A partir de las diferentes propiedades de los materiales para absorber, conducir y almacenar calor, podemos definir las estrategias básicas con respecto al manejo de la energía, el aislamiento y la inercia térmica.

Transmitancia Térmica (U)

Cantidad de energía que atraviesa, en la unidad de tiempo, una unidad de superficie de un elemento constructivo de caras planas paralelas cuando entre dichas caras hay un gradiente térmico. Es el inverso a la resistencia térmica.

Flujo constante de calor (q) en Watts a través del elemento constructivo por m² (con espesor específico), con 1°C de diferencia entre el aire en contacto con ambas caras (W/m²K).

Resistencia térmica: r = 1 / Transmitancia (m²K/W)

Los cálculos para calefacción se basan en este fenómeno: Determinar la cantidad de energía que hay que suministrar a los espacios habitados en la unidad de tiempo (potencia) para mantener una determinada temperatura (la de confort) con una determinada diferencia de temperatura entre interior y exterior. La potencia debe compensar las pérdidas de calor por la envolvente.

Aislación Térmica

• Es la propiedad de un elemento o material de bloquear el paso del calor.
• Son materiales, o una combinación de materiales, de baja conductividad.
• Ejemplos: Poliuretano, Poliestireno Expandido, Lana de vidrio, Lana mineral.

Retraso Térmico

• Es la demora que transcurre entre el pico de temperatura en la cara exterior de un elemento y el pico en la cara interior, considerando fluctuaciones periódicas de temperatura.
• El tiempo que tarda una capa de material en calentarse depende de la capacidad térmica del material y de la transmitancia térmica.
• Un cerramiento con un retraso importante reduce los picos de temperatura interior y los retrasa.
• En general, se entiende como Inercia Térmica y se usa en conjunto con la ventilación selectiva.

Retraso térmico según material. El retraso varía según la densidad real del material; se tomaron valores promedio.

Inercia Térmica

Es la propiedad de un elemento o material de almacenar el calor (y retardar su paso). Son materiales, o una combinación de ellos, de alta capacidad térmica. Ejemplo: ladrillo macizo.