Tema 2 (Comp termico) Materiales GFAU (2015-16)

Condiciones térmicas de los
Materiales (Tema 2).
1. Conceptos básicos.
2. Conceptos aplicados a los materiales.
3. Mecanismos de transferencia de calor.
4. Coeficiente de transmisión de cerramientos
multicapa.
MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN ARQUITECTURA
Curso 2015-2016. Escuela Técnica Superior de Arquitectura.
Profesor Gonzalo Barluenga Badiola
Teoría del calor
• El calor es una forma de energía (Trabajo).
• El calor se define por:
Intensidad
Ud. Temperatura
(º C, º F, º K)
Cantidad
Ud. Calor
(kcal, J)
Escalas de temperatura
Ecuaciones
Fundamentales
C
F − 32
=
100
180
T = (C + 273)º K
(Temperatura absoluta)
Cantidad de calor
• La Cantidad de calor de una masa depende de:
Cantidad de masa
Volumen
Densidad
C específico
Temperatura
Material
Cantidad de calor
• Calor Específico: Cantidad de calor necesaria
para aumentar 1ºC la temperatura de 1g de
masa de un determinado material.
• Calor latente: Cantidad de calor necesaria para
producir el cambio de estado de 1 g de un
determinado material.
El calor se mide en calorías o en Julios (trabajo).
Transferencia de calor
• El calor pasa de los cuerpos con mayor
temperatura a los de menor temperatura.
Por Conducción.
• Medios
Por Convección.
Por Radiación.
Conductividad térmica
• Es la propiedad de los materiales para transmitir calor
por conducción (entre dos ambientes con diferente T).
• Se produce por transmisión de energía de vibración
entre átomos y moléculas vecinas.
• El Coeficiente de Conductividad térmica de un material:
“Mide el flujo de calor a través de un material de 1 m de
espesor y 1 m2 de superficie, durante una hora, cuando
la diferencia de temperatura entre sus caras es de 1 ºC.”
λ=
Q⋅e
W  kcal ⋅ m 
→


T ⋅S⋅ t
mº K  º C ⋅ m 2 ⋅ h 
Conducción
AMBIENTE 1
AMBIENTE 2
e
S
t1
Qcd =
λ
e
t2
× S × (t1 − t 2 ) → W (kcal h )
Resistencia térmica (R)
• Mide la dificultad frente al flujo de calor a
través de un cuerpo homogéneo de espesor
conocido y 1 m2 de superficie, durante un
tiempo de 1 hora, cuando la diferencia de
temperatura entre sus caras es de 1 ºC.
t ⋅ S ⋅T
m2 º K  º C ⋅ m2 ⋅ h 


R= =
→
Q
W  kcal 
λ
e
Transmitancia térmica (U)
• Es el inverso de la resistencia térmica.
U=
1
Q
W  kcal 
=
→ 2


2
R t ⋅ S ⋅T
m º K  ºC ⋅m ⋅h 
• En el caso de un cerramiento de varias capas:
1
1
U=
=
RT R1 + R2 + R3
1
2
3
Ejemplo de cálculo de pérdida de
calor por conducción (1)
Interior
e= 30 cm
S = 15 m2
Exterior
Qcd =
ti =15ºC
ti = -5ºC
=
λ = 0,7 W/ºK m
λ
e
× S × (t1 − t 2 ) =
0,7
×15 × 20 = 700W
0,3
Ejemplo de cálculo de pérdida de
calor por conducción (2)
Interior
S = 15 m2
Exterior
R = R1 + R2 =
ti =15ºC
ti = -5ºC
Qcd =
1
2
=
λ1= 0,08
λ2= 0,7
W/ºK m
W/ºK m
e = 3 cm
e = 30 cm
0,3 0,03
+
= 0,805
0,7 0,08
1
× S × (t1 − t 2 ) =
R
1
×15 × 20 = 372W
0,805
Convección
AMBIENTE 1
AMBIENTE 2
S
t1
t2
Qcv = hc × S × (t1 − t 2 ) → W (kcal h )
Radiación
AMBIENTE 1
AMBIENTE 2
S
t1
t2
Qra = hr × S × (t1 − t 2 ) → W (kcal h )
Transmisión superficial
MEDIO i
MEDIO e
ti
t’i
t’e
te
Es combinación de:
Conducción
Convección
Radiación
1
1
Rsi = ; Rse =
hi
he
Transmisión superficial
Cámara de aire
1 1 1
Ra = = +
a hi he
he
hi
a
Cámara de aire
Cámara de aire
Gradiente de temperatura en los
cerramientos
• Un flujo de calor, en un régimen estacionario a
través de un cerramiento produce un gradiente
de temperatura.
• La variación de temperatura en cada capa del
cerramiento es proporcional a su resistencia
térmica.
r
∆Tn = n ⋅ (Ti − Te ) →º K (º C )
RT
Gradiente de temperatura en los
cerramientos multicapa
RT =
1 e1 1 e 3 e1 1
+ + + + +
h e λ1 a λ 3 λ 4 h i
CTE: DB-HE ahorro de energía
Estudio de los elementos constructivos que cierran un edificio
(cerramientos exteriores, cubiertas, etc)
1 Partiendo de las propiedades térmicas de materiales y productos
• conductividad térmica λ (W/mºK) de los materiales
• resistencia térmica R (m2K/W) de los productos
• resistencias térmicas superficiales Rse, Rsi, Rc (tablas CTE)
2 Cálculo de la transmitancia térmica U (W/m2ºK) del elemento
3 Comparación con los valores máximos (Umax) establecidos por el
CTE según la zona climática: Umax ≥ U
4 Cálculo de la transmitancia térmica media de los distintos
elementos en una misma orientación
Um =
∑ A U  W 
∑A m K 
i
i
2
i
5 Comparación con los valores límite establecidos por el CTE para
ese elemento en la zona climática: Ulim ≥ Um
Condiciones térmicas de los
Materiales.
1. Conceptos básicos.
2. Conceptos aplicados a los materiales.
3. Mecanismos de transferencia de calor.
4. Coeficiente de transmisión de cerramientos
multicapa.