Aislamiento Térmico y Propiedades de los Materiales: Conducción, Dilatación e Inercia

Aislamiento Térmico y Propiedades de los Materiales

1. Características Térmicas de los Materiales

La propiedad térmica de los materiales está relacionada con los fenómenos de vibración de átomos, moléculas y partículas. Esta vibración se anula al llegar a -273.16ºC. Los sólidos absorben energía por una de estas tres vías:

• Estimulación de las vibraciones atómicas
• Aumento de la energía cinética de los electrones libres
• Incremento de la energía de rotación de moléculas

Una forma de captación de energía es por aportación de calor:

• Capacidad calorífica (Cv = dq/dt): El incremento de calor se invierte solo en aumentar la energía interna del cuerpo.
• Calor específico: Es la cantidad de calor que es necesario suministrar a la unidad de masa para elevarla 1ºC.

1.1 Sistemas de Transmisión de Calor

Existen tres mecanismos principales de transmisión de calor:

1. Conducción: En materiales metálicos por intercambio de electrones, en covalentes e iónicos por intercambio de cuantos de energía, y en orgánicos y polímeros por desplazamiento de moléculas.
2. Convección: Movimientos convectivos de moléculas de líquidos/gases.
3. Radiación: Con medio permeable a las radiaciones infrarrojas, la cantidad de calor intercambiado depende de las temperaturas de ambos y del coeficiente de absorción, función del color.

1.2 Dilatación Térmica

El incremento de temperatura conlleva un incremento de volumen. La dilatación se mide con el coeficiente de dilatación cúbica, que es igual a 3 veces el coeficiente de dilatación lineal. El incremento energético conlleva el incremento del estado vibratorio, aumentando así la distancia de equilibrio interatómica. Por ello, los sólidos que más se dilatan son los que tienen una curva de energía potencial más asimétrica. En este orden: polímeros, metales, covalentes. A mayor coeficiente de dilatación, menor temperatura de fusión: los enlaces interatómicos acaban rompiendo. El incremento de temperatura crea un aumento de tensión:

ó = á · t · E (Kp/cm²), donde E es el módulo elástico del material.

Estas tensiones obligan a plantear juntas y particiones.

1.3 Conductividad Térmica

• Coeficiente de conductividad (ë): Cantidad de calor que pasa en unidad de tiempo a través de una superficie de extensión infinita y caras plano-paralelas, con una diferencia de 1ºC. (w/m·ºC)
• Resistividad térmica (r): El inverso del coeficiente de conductividad.
• Conductancia térmica (C): C = ë/L (w/m²·ºC)
• Resistencia térmica (R): El inverso de la conductancia térmica.
• Coeficiente de transmisión de calor (K): Flujo de calor propagado a través de capas de distintos materiales y espesores. (w/m²·ºC)
• Resistencia térmica total (Rt): El inverso del coeficiente de transmisión de calor.

1.4 Inercia Térmica

Capacidad de un material de retener el calor recibido.

S = c · ã (w·h/m³·ºC), donde ã es la densidad aparente.

Los materiales de construcción alcanzan valores de cerca de 0.2. Es igual de importante el aislamiento que la conservación del calor.

1.5 Confort Térmico Superficial

Sensación cálida al tacto (madera, tejidos...).

B = (ë · S)^½

2. Propiedades Higrotérmicas

Son las que relacionan temperatura y humedad. La NBE establece el máximo de humedad en 75% (85% en locales húmedos y 60% si hay calefacción seca).

El vapor puede condensarse en forma de gotas de agua.

• Condensación superficial: Sobre las superficies frías de los materiales.
• Condensación intersticial: En el interior de los materiales. Es imperceptible y, por tanto, más peligrosa.

3. Aislamiento Térmico

La necesidad de aislar térmicamente un edificio se basa en:

• Economizar energía.
• Mejorar el confort térmico. El confort es el mantenimiento de un ambiente normal de temperatura y humedad.
• Suprimir los fenómenos de condensación para evitar humedades.
• Mejorar el entorno medioambiental.

Al calentar un edificio se producen pérdidas por renovación del aire a través de rendijas, tuberías, paredes, techos...

El cuerpo humano intercambia calor con el local por conducción, convección y radiación. La NBE establece un máximo de 4ºC de diferencia entre la temperatura interior y la temperatura del interior del cerramiento.