Conductividad térmica y densidad

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