manual de especificaciones técnicas

MANUAL DE
ESPECIFICACIONES TÉCNICAS
INFORMACIÓN
TÉCNICA
INFORMACIÓN TÉCNICA
CAPÍTULO
1
INTRODUCCIÓN
TRANSFERENCIA DE CALOR
Es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor
temperatura a otro de menor temperatura. Ésta se da
cuando un cuerpo está a una temperatura diferente de la de
su entorno u otro cuerpo; se da de tal manera que finaliza
cuando el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La
transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más
caliente a uno más frío, como resultado de la segunda ley de
la termodinámica.
interacciona con otra parte del mismo sistema por diferencias
de temperaturas, la energía tiende a dividirse por igual, hasta
que el sistema alcanza un equilibrio térmico.
Esto permite concluir que cuando existe una diferencia de
temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro,
la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede
hacerse más lenta.
“La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado
termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo”.
En otras palabras, cuando una parte de un sistema cerrado
FLUJO DE CALOR
El flujo de calor o flujo térmico es el flujo de energía por unidad
de área por unidad de tiempo. En el sistema internacional de
unidades es medido en W/m2, en sistema inglés BTU/ft2.h.
Este número contiene dirección y magnitud por lo que es un
número vectorial.
Este principio se asocia con la Ley de enfriamiento de Newton,
la cual argumenta que la pérdida de calor de un cuerpo es
proporcional a la diferencia de temperatura entre tal cuerpo
y sus alrededores.
ECUACIÓN (1.1)
dQ
dt
= h . A (Tenv- T (t)) = -h . A∆T(t)
En donde:
Q= Energía en Julios.
h= Coeficiente de transferencia de calor.
A= Superficie del área de la que está
siendo transferido el calor.
T= Temperatura de la superficie del cuerpo.
T env= Temperatura del entorno.
∆T(t) = T(t) - Tenv = Depende del
gradiente de temperatura entre el medio
ambiente y el cuerpo.
INFORMACIÓN TÉCNICA
GRADIENTE DE TEMPERATURA
Es el cambio de temperatura dado en un cambio de distancia
desde un punto de referencia a una determinada dirección.
dt/dx
Conductividad térmica: es la propiedad del material
que indica la habilidad de conducir calor. Esta aparece
fundamentalmente en la Ley de Fourier para transmisión de
calor conductivo, está medido en watts por kelvin por metro
(W/K· m) para sistema internacional.
Conductividades térmicas de diversos materiales en W/(K•m)
MATERIAL
λ
MATERIAL
λ
MATERIAL
λ
Acero
47-58
Corcho
0,03-0,04
Mercurio
83,7
Agua
0,58
Estaño
64,0
Mica
0,35
Aire
0,02
Fibra de vidrio
0,03-0,07
Níquel
52,3
Alcohol
0,16
Glicerina
0,29
Oro
308,2
Alpaca
29,1
Hierro
80,2
Parafina
0,21
Aluminio
209,3
Ladrillo
0,80
Plata
406,1-418,7
Amianto
0,04
Ladrillo refractario
0,47-1,05
Plomo
35,0
Bronce
116-186
Latón
81-116
Vidrio
0,6-1,0
Zinc
106-140
Litio
301,2
Cobre
372,1-385,2
Madera
0,13
Tierra húmeda
0,8
Diamante
2300
DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR: (términos de una edificación)
Asumiendo que el gradiente de temperatura se da en una
dirección y que la temperatura es constante en planos
perpendiculares, se establece la densidad de flujo de calor
para una dirección x en un plano. Está dada por la ecuación
1.2:
q = − λ d t/ d x
Ecuacion (1.2):
INFORMACIÓN TÉCNICA
ÉSTA SE EXPRESA PARA UNA CAPA UNIFORME DE MATERIAL DE ACUERDO CON EL SIGUIENTE DIAGRAMA
Ésta se puede resumir en:
Ecuación (1.3):
Ecuación (1.4):
q
➜ En donde:
λ
θsi
λ
d
θsi
θse
R
q = (θsi − θse)
R
Conductividad térmica del material aislante o sistema.
Espesor de pared o plano.
Temperatura de la superficie interna.
Temperatura de la superficie externa.
Resistencia térmica de la pared.
RESISTENCIA TÉRMICA
La resistencia térmica de un material conocido como el factor
“R” representa la capacidad del material de oponerse al flujo
del calor. En el caso de materiales homogéneos es la razón
entre el espesor y la conductividad térmica del material; en
materiales no homogéneos la resistencia es el inverso de la
conductancia térmica.
θse
Ecuación (1.5):
R =∆T/(Q/A)
d
q = λ (θsi − θse)
d
➜ En donde:
∆T La diferencia de temperatura entre la superficie de frontera
del sistema aislado.
Q/A La cantidad de calor que atraviesa un área determinada.
Sus unidades en sistema imperial son: (ft2∙h∙°F/Btu)
INFORMACIÓN TÉCNICA
DETERMINACIÓN DE UN R EQUIVALENTE
q
λn
λ n-1
λ n-2
λ3
λ2
λ1
θsi
Un sistema de transferencia
de calor compuesto, ya
sea una pared o un techo
aislado compuesto por
distintos materiales, puede
ser homologado a un
circuito eléctrico.
θ1
θ2
θn-2
θn-1
θse
dn-1
dn
Ti
Q
dn-2
T1
Ri
d3
d2
T2
R1
d1
T3
R2
To
Ro
El fenómeno de transferencia de calor se puede homologar
con un circuito eléctrico. El área y el λ del material son
una barrera para el flujo de calor que intenta igualar las
temperaturas de frontera. Éstas son conocidas como
resistencias térmicas y se pueden homologar a una
resistencia eléctrica. La corriente es el flujo de calor, el
Ecuación (1.6):
Q=
Ti-Tσ
Ri+R1+R2+Rσ
=
Ti-T1
Ri
=
voltaje es la diferencia de temperatura, las resistencias
eléctricas son las resistencias térmicas.
De esta manera, se pueden combinar distintos tipos
de materiales y sumar sus resistencias térmicas como
resistencias eléctricas en serie.
Ti-T2
Ri+R1
La sumatoria de
resistencias térmicas viene
dada por la ecuación:
=
Ti-T3
Ri+R1+R2
n
R’ =Σ
Ecuación (1.7):
=
Ti-T2
R1
dj
j=1 λj
=
T3-Tσ
R0
INFORMACIÓN TÉCNICA
CAPÍTULO
2
EXPRESIONES DE TRANSFERENCIA DE CALOR
CONDUCCIÓN
La conducción es un mecanismo de transferencia de calor o
energía entre dos sistemas. Se basa en contacto directo de
partículas en la frontera de ambos sistemas generando un
paso de energía del sistema con mayor concentración de
temperatura al de menor concentración, esta transferencia
de energía se lleva a cabo durante el tiempo necesario para
igualar la temperatura en ambos sistemas entrando en un
estado de equilibrio.
El principal parámetro del material que regula la conducción
de calor en los materiales es la conductividad térmica. Esta es
una propiedad física que mide la capacidad de conducción de
calor o capacidad de una sustancia de transferir el movimiento
cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes
o a otras sustancias con las que está en contacto. La inversa de
la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la
capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.
INFORMACIÓN TÉCNICA
CONVECCIÓN
RADIACIÓN
La convección se caracteriza por utilizar un fluido como el aire
o el agua, que transporta el calor entre zonas con diferentes
temperaturas. La convección se produce únicamente por
medio de materiales fluidos, los cuales al calentarse, varían
su densidad, esto provoca un desplazamiento del fluido o
materia que se encuentra en la parte superior o adyacente, en
contacto con otros sistemas a menor temperatura. A esto se le
llama convección natural.
La radiación es la transferencia de calor de energía radiante
que viaja a través del espacio por medio de rayos infrarrojos
de una superficie caliente a una de menor temperatura. Todas
las superficies como un radiador, una cocina, un cielorraso o
techo y el aislante ordinario irradian rayos infrarrojos. El calor
radiante es invisible y no tiene temperatura, solo energía.
Cuando esta energía golpea contra otra superficie, se absorbe
y aumenta la temperatura de esa superficie.
La transferencia de calor que implica el transporte de calor a
través de un fluido hacia una superficie sólida por medio de
un agente externo como, una bomba, un ventilador u otro
dispositivo mecánico, se conoce como convección mecánica,
forzada o asistida.
El planeta tierra es diariamente calentado por las ondas de
radiación que emite el Sol. Esta es la mayor fuente de energía
que se encarga de mantener nuestro planeta caliente y apto
para la vida.
INFORMACIÓN TÉCNICA
Este concepto se puede entender con el siguiente ejemplo, en
un día claro y soleado, el calor radiante de sol viaja a través
de la ventana de un carro, golpea el volante y se absorbe,
causando así un aumento en la temperatura.
Esta energía emitida del sol es el resultado de una fusión
nuclear. En 1905 Einstein había predicho una equivalencia
entre la materia y la energía mediante su ecuación E=mc². Una
vez que Einstein formuló la relación, los científicos pudieron
explicar por qué ha brillado el sol por miles de millones de
años. En el interior del Sol se producen continuas reacciones
termonucleares. El sol convierte cada segundo unos 564
millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de
toneladas de helio, lo que significa que cuatro millones de
toneladas de materia se transforman en energía solar, una
pequeña parte de esta llega a la Tierra y sostiene la vida.
Nuestro campo magnético, el cual se extiende desde el
núcleo de la Tierra atenuándose progresivamente en el
espacio exterior, forma la Magnetosfera la cual nos protege
de efectos electromagnéticos conocidos como vientos
solares. Sin embargo, una parte de la energía del sol penetra
la Magnetosfera y golpea la superficie de la Tierra.
La radiación del sol se propaga en forma de ondas
electromagnéticas las cuales se encuentran ordenadas
de acuerdo con su frecuencia (f ) y longitud de onda (λ). Si
bien todas las ondas electromagnéticas son iguales por su
naturaleza, los efectos que ocasionan no son siempre iguales,
razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas
se les ha asignado un nombre que depende de su rango de
longitud de onda.
INFORMACIÓN TÉCNICA
EL ESPECTRO DE
FRECUENCIAS
El espectro
de frecuencias
Radar
Torre eléctrica
Antena
Teléfono móvil
103 Km
Horno microondas
m
Luz solar
Central Nuclear
cm
λ
Radar
F
Radio A.M.
Infrarrojo
U.V.
Rayos X Rayos Y
103
10
O Hz
TV
Luz visible
100
104
106
108
1010
Radiación no ionizante
1012
1014
1016
1018
1020
Radiación ionizante
+
Energía
+
1022
Longitud de onda
RAYOS INFRARROJOS
Se les conocen también como rayos caloríficos debido a
que son emitidos por cuerpos calientes o en estado de
incandescencia.
La radiación infrarroja, radiación térmica o radiación IR es
un tipo de radiación electromagnética, la cual posee mayor
longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de
las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde
unos 0,7 hasta los 300 micrómetros. La radiación infrarroja es
emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que
0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).
INFORMACIÓN TÉCNICA
INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LOS CUERPOS
EN UN RECINTO
Todos los cuerpos emiten y absorben radiación de su entorno.
Si el cuerpo está más caliente que su entorno, se enfriará,
ya que la rapidez con que emite energía excede la rapidez
con que la absorbe. Cuando alcanza el equilibrio térmico, la
transferencia se detiene. Del mismo modo, dos cuerpos que
se encuentran en el vacío y a distintas temperaturas, tienden a
llegar al equilibrio dinámico a través de la radiación.
➜ 1. Por conducción
El techo calienta los apoyos estructurales elevando la
temperatura de todos los elementos estructurales del techo
que están en contacto entre si.
CONDUCCIÓN
➜ 2. Por convección
Una vez que la cubierta de techo y su estructura están a mayor
temperatura que el resto del área del cielo raso, se generan
corrientes convectivas de aire, las cuales por su cambio de
densidad desplazan el aire de menor temperatura por el de
mayor temperatura. Este efecto es conocido como convección
natural.
CONVECCIÓN
➜ 3. Por radiación
Los rayos infrarrojos, producto de la radiación solar, atacan las
superficies expuestas de las edificaciones las cuales absorben
esa energía, calentándose y emitiéndola al medio debido a su
alto valor de emitancia.
RADIACIÓN
Es así como los recintos que habitamos ganan calor en la
mayoría de los casos. Esta energía es transferida hacia lo
interno del edificio de tres formas básicas. Las consecuencias
de la radiación solar en los recintos se expresan de la siguiente
manera:
INFORMACIÓN TÉCNICA
EMITANCIA
REFLECTANCIA (O REFLECTIVIDAD)
Es la habilidad que tiene la superficie de los materiales de emitir
energía radiante. Todos los materiales tienes emisividades que
van de grado cero a uno. Entre más bajo el grado de emisividad
de un material, menor es el calor irradiado de esa superficie
(energía radiante infrarroja).
Se refiere a la fracción de energía radiante entrante que se
refleja de una superficie que está siendo afectada por la
radiación. La reflectividad y la emisividad están relacionadas.
Una emisividad baja es indicadora de una superficie altamente
reflectante. Por ejemplo, el aluminio que tiene una emisividad
de 0.03 tiene una reflectividad de 0.97.
Hay ciertas sustancias tales como el humo negro, cuyo poder
absorbente es aproximadamente de uno. Para fines teóricos
es útil imaginar una sustancia ideal capaz de absorber toda
la radiación térmica que incide sobre ella. Esta sustancia se
denomina cuerpo negro.
SUPERFICIE DEL MATERIAL
EMISIVIDAD
Asfalto
0.90-0.98
Papel aluminio
0.03-0.05
Ladrillo
0.93
Concreto
0.85-0.95
Vidrio
0.95
Fibra de vidrio/Celulosa
0.8-0.90
Piedra caliza
0.36-0.90
Mármol
0.93
Pintura: laca blanca
0.80
Pintura: esmalte blanco
0.91
Pintura: laca negra
0.80
Pintura: esmalte negro
0.91
Papel
0.92
Yeso
0.91
Plata
0.02
Acero (suave)
0.12
Madera
0.90
FUNCIONAMIENTO
DE AISLANTE
REFLECTIVO
INFORMACIÓN TÉCNICA
AISLANTE REFLECTIVO
Los tipos de aislantes estándar, como fibra de vidrio, espuma
y celulosa reducen principalmente la transferencia de calor
al atrapar el aire o algún tipo de gas. Por consiguiente, estos
productos o tecnologías reducen la convección y la conducción
como método principal para la reducción de la transferencia
de calor. Éstas no son tan eficientes en reducir la transferencia
de calor radiante, lo cual a menudo se considera como el
modo principal de transferencia de calor en la envoltura de
un edificio. De hecho, estos productos, como la mayoría de los
materiales de edificios, tienen tasas de transferencia radiante
muy altas. En otras palabras, las superficies de tipos de
aislantes estándar son buenos irradiadores de calor radiante.
valores de emisividades de superficie o valores “E” que exceden
0.70. Los aislantes reflectivos típicamente tienen valores “E” de
0.03 entre más bajo es este valor, mejor es el poder de rechazo
de calor radiante. Por ende, el aislante reflectivo es superior a
otros tipos de materiales aislantes en reducir el calor radiante.
Sea que se enuncie como reflectividad o emisividad, el
desempeño en transferir calor es el mismo. En todos los casos,
el material reflectivo debe ser adyacente a un espacio con aire.
El aislante reflectante utiliza capas de aluminio, plástico para
atrapar el aire y de esa manera, reducir la transferencia de calor
convectivo. El componente del aluminio, sin embargo, es muy
efectivo para reducir la transferencia de calor radiante. De
hecho, los materiales comúnmente utilizados en los aislantes
Prodex cuentan con una emitancia de 0.03 por lo que reducen
hasta en un 97% la transferencia de calor radiante.
Se recomienda que el lado reflectivo quede expuesto a una
cámara de aire ya sea por encima o por debajo del clavador.
Los valores de emisividad van del 0 al 1, en donde el 0 significa
radiación nula y el 1 es la medida más alta de emisividad o
radiación. La mayoría de los materiales de construcción que
incluye los aislantes de fibra de vidrio, espuma y celulosa tienen
A los tipos de instalaciones se hará referencia más adelante.
INFORMACIÓN TÉCNICA
BARRERA RADIANTE
SISTEMAS DE BARRERA RADIANTE (RBS)
Una “barrera radiante” es una superficie reflectiva de baja
emisividad como lo define el ASTM C-1313 en donde la
emisividad es 0.10 o menos en/o cerca de un componente
de construcción, que intercepta el flujo de energía radiante.
La barrera queda expuesta a lo interno limitando así la
transferencia de calor por radiación.
Un “sistema de barrera radiante” (RBS) por sus siglas en
inglés, es una sección de la construcción que incluye una
barrera radiante que está frente a un espacio de aire abierto
o expuesto, a una distancia de más de 12 pulgadas se puede
considerar como (RBS).
Debe quedar claro que aunque la barrera radiante reduce
la pérdida de calor y gana a través de la envoltura de la
construcción porque se instala en cavidades abiertas (como
cielorrasos), no es un material aislante en sí mismo y no tiene
un valor R inherente.
En un cielorraso, la eficacia de una barrera radiante se ve
afectada significativamente por la cantidad de ventilación que
tiene el cielorraso. Un cielorraso ventilado con una barrera
radiante es un sistema muy distinto al de un cielorraso no
ventilado con la misma barrera radiante. La utilización de
cielorrasos ventilados debe de ser analizada previamente con
el departamento técnico de Prodex para evaluar su eficacia.
INFORMACIÓN TÉCNICA
MÉTODO DE CÁLCULO DE RIS
El aislamiento reflectivo (RIS) por sus siglas en inglés, está
disponible en una variedad de formas que incluyen una o más
superficies de baja emitancia (emisividad). Las superficies de
baja emitancia son generalmente proporcionadas por aluminio
o superficies de aluminio depositado las cuales muestran una
muy baja emitancia y altas reflectancias a la radiación de larga
longitud de onda (rayos infrarrojos). Las láminas metálicas son
sujetadas a espuma de polietileno de celda cerrada para dar
fortaleza mecánica y apoyo. Este material agrega valor a la
resistencia térmica del sistema de aislamiento reflectivo el cual
se crea con un diseño y una evaluación del espacio a construir
en el edificio. La siguiente discusión de resistencias térmicas
será limitada para flujos de calor unidimensional a través de
espacios de aire reflectante.
Un sistema de aislamiento reflectivo (RIS) por sus siglas
en inglés, está formado por un RIM (material de aislante
reflectivo) posicionado para formar uno o más espacios de
aire cerrados. Un buen diseño de RIS tendrá al menos una de
las principales superficies con baja emitancia delimitando
cada espacio de aire. El propósito de superficies de baja
emitancia y alta reflectancia es reducir significativamente la
transferencia de calor radiante a través de los espacios de aire
cerrados. Los espacios de aire cerrados que componen un RIS
no son ventilados. No debería de haber movimiento de aire
de salida o entrada del espacio cerrado. Los espacios de aire
reflectante (espacios encerrados) están posicionados de tal
manera que las superficies principales sean perpendiculares
a la dirección anticipada del flujo de calor. Cuando esto se ha
hecho las resistencias térmicas de los espacios de aire en serie
son sumables.
La resistencia térmica para un flujo de calor unidimensional a
través de una serie de espacios de aire reflectante n es:
RTOTAL = RESPACIO DE AIRE UNO + RESPACIO DE AIRE DOS + ...RESPACIO DE AIRE “n” + R espuma Prodex
El calor es transferido a través de espacios de aire por
conducción y convección así también como radiación. La
transferencia de calor convectivo dentro del espacio de
aire está relacionada con el movimiento del aire causado
por las diferencias de temperatura. La densidad del aire a
presión constante disminuye al aumentar la temperatura.
Una diferencia de temperatura entre dos regiones provoca
diferencias de densidad en el aire, lo cual promueve las
fuerzas boyantes y el movimiento del aire o convección
natural. La magnitud de las fuerzas de empuje aumenta tal
y como la temperatura aumenta y el movimiento inducido
del aire depende de la magnitud de la fuerza boyante y de
su dirección relacionada con la gravedad. Dado que el flujo
de calor está en la dirección de disminuir la temperatura, la
dirección de la fuerza boyante dependerá de la orientación
y de las temperaturas de las superficies delimitadas. Como
resultado, la contribución convectiva a la transferencia de
calor en general depende de la dirección del flujo de calor.
El flujo de calor convectivo hacia arriba es mayor y el flujo de
calor convectivo hacia abajo es menor y puede ser cero en un
sistema idealizado con aire estancado.
INFORMACIÓN TÉCNICA
Los estimados de la resistencia térmica de un único espacio
de aire reflectante que tiene superficies delimitadas paralelas,
las cuales son perpendiculares a la dirección del flujo de calor
pueden hacerse usando las siguientes ecuaciones:
∆T
-1
.
R= (E hr + hc) =
Q
Ecuación (2.1)
Ecuación (2.2)
E=
Ecuación (2.3)
[
1
∈1
[
hr= 0.00686
+
1
-1
∈2
]
(Tm + 459.7)
100
]
-1
3
Ecuación (2.4)
hc= f (l, Tm ,∆T, dirección del flujo de calor)
∈i
E
hc
hr
l
Q
R
Tμ
ΔT
IR emitancia por superficie “i”, i = 1 or 2
Emitancia efectiva para un espacio de aire
Coeficiente de transferencia de calor convectivo, Btu/ft2·hr·°F
Coeficiente de transferencia de calor radiante, Btu/ft2·hr·°F
Grosor del espacio de aire, pulgadas
Flujo de calor, Btu/hr·ft2
Resistencia térmica, ft2·hr·°F/Btu
Promedio de temperaturas de superficies calientes y frías, °F
Diferencia de temperaturas entre superficies calientes y frías, °F
La Ecuación (2.1) expresa matemáticamente el hecho que el
valor R depende de la transferencia de calor por radiación, E·hr,
y la transferencia de calor por conducción-convección, hc. Al
factor multiplicativo E se le llama con frecuencia emitancia
efectiva y está entre los valores de 0 a1. Este valor depende de
las emitancias de las dos superficies principales delimitantes,
∈i y ∈2, tal y como se muestra en la Ecuación (2.1). El valor “E”
para un espacio de aire, un delimitante de aluminio de baja
emitancia es muy bajo, normalmente en el rango de 0.03 a
0.05.
La ecuación (2.3) es el coeficiente de transferencia de calor por
radiación, h r, entre dos superficies paralelas. El hr se multiplica
por “E” para introducir el efecto de emitancias de superficies.
La Ecuación (2.2) ha sido derivada para planos paralelos
infinitos y discutida en la mayoría de textos relacionados con
transferencia de calor radiante.
La ecuación para hc es la complicación en el cálculo del valor
R. La Ecuación (2.4) indica que hc depende (está en función
de) cuatro variables para un flujo de calor unidimensional
entre superficies paralelas. Los valores para hc son obtenidos
de datos experimentales para un flujo de calor total como el
que se obtiene en instalaciones de caja detectora de calor
para pruebas térmicas (se conoce en inglés hot-box, del modo
descrito en ASTM C 236). Los términos R, E y h r son obtenidos
por la emitancia y medidas de la caja detectora de calor. Los
valores para hc son derivados de juegos de medidas de la caja
detectora de calor realizadas para una dirección específica de
flujo de calor.
El flujo de calor unidimensional y los valores de R entre
superficies paralelas mantenidas a diferentes temperaturas
y separadas por una distancia “l” están establecidos por
las ecuaciones mencionadas y que aparecen arriba. El
procedimiento ha sido utilizado para generar los siguientes
tres cuadros para un único espacio de aire. Los valores R para
Tμ = 50°F y ΔT = 30°F. Estas temperaturas cumplen con los
requerimientos de la regla del etiquetado de la Comisión de
Comercio Federal (FTC por sus siglas en inglés), para productos
de “una lámina”.
INFORMACIÓN TÉCNICA
En los cuadros 2.1, 2.2 o 2.3 se encuentra un acercamiento
de coeficiente de transferencia de calor convectico según su
dirección de flujo la diferencia de temperatura ΔT y distancia
entre la superficie del material aislante y la superficie que
irradia calor.
Los valores R están relacionados a ΔTi. La única cantidad
conocida en la Ecuación (2.5) es la diferencia de temperatura
total ΔT. Un acercamiento para resolver R es primeramente
estimar los valores ΔTi. lo cual entra en un proceso reiterativo.
Estos deberían hacerse de tal manera que la Ecuación (2.6) se
cumpla. Dado un conjunto de prueba de ΔTi, la temperatura
promedio T en cada elemento puede ser calculada y Ri
puede entonces estimarse basados en los cuadros 2.1, 2.2
o 2.3. El R total se calcula con la sumatoria de Ri tal y como
lo indica la Ecuación (2.7). Una vez que Ri está calculada se
usa para recalcular ΔTi por medio de la Ecuación (2.5). Este
proceso reiterativo se continúa hasta que se obtengan valores
constantes para ΔTi y Ri.
El procedimiento de cálculo puede ser mejorado utilizando el
procedimiento reiterativo y la Ecuación (2.1) para calcular los
valores de Ri. Los cuadros han sido preparados para facilitar el
cálculo de un espacio de aire intermedio a una temperatura
de 75°F.
(2.5)
(2.6)
∆Ti= Ri *
∆T
∆T =Σ ∆Ti
i
(2.7)
R
R=ΣiRi
INFORMACIÓN TÉCNICA
CUADRO 2.1 Coeficientes de Conducción-Convección, hc , para usarse en Ecuación (2.1)
Ancho del Espacio de Aire (l, in.)
Flujo de Calor hacia Abajo
DT
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
5
0.359
0.184
0.126
0.097
0.080
0.068
10
0.361
0.187
0.129
0.100
0.082
0.072
15
0.363
0.189
0.131
0.101
0.085
0.075
20
0.364
0.190
0.132
0.103
0.087
0.078
25
0.365
0.191
0.133
0.105
0.090
0.081
30
0.366
0.192
0.134
0.106
0.092
0.082
Ancho del Espacio de Aire (l, in.)
Flujo de Aire Horizontal
DT
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
5
0.360
0.204
0.169
0.179
0.185
0.189
10
0.366
0.267
0.223
0.233
0.238
0.241
15
0.373
0.247
0.261
0.271
0.275
0.276
20
0.380
0.270
0.292
0.301
0.303
0.303
25
0.387
0.296
0.317
0.325
0.327
0.326
30
0.394
0.319
0.339
0.347
0.347
0.345
INFORMACIÓN TÉCNICA
Ancho del Espacio de Aire (l, in.)
Flujo de Calor hacia arriba
DT
0.5
1.0
1.5
2.0
2.5
3.0
5
0.381
0.312
0.295
0.284
0.275
0.268
10
0.429
0.381
0.360
0.346
0.336
0.328
15
0.472
0.428
0.405
0.389
0.377
0.368
20
0.511
0.465
0.440
0.423
0.410
0.400
25
0.545
0.496
0.469
0.451
0.437
0.426
30
0.574
0.523
0.494
0.475
0.460
0.449
EJEMPLOS DE CÁLCULO
EJEMPLO (2.1) Cálculo de Resistencias Térmicas para un único espacio de aire
Especificaciones
Superficie Uno: T = 70°F, ε1 = 0.03
Superficie Dos: T = 80°F, ε2 = 0.80
Espacio entre superficies, l, 2.0 pulgadas
Flujo de calor hacia abajo
Ecuación 2 para Ε
Ε = (1/0.03 + 1/0.8 - 1)-1 = 0.0298
Τμ = (70 + 80)/2 = 75
DT = 80 - 70 = 10
hc del Cuadro (2.1)
hr de la Ecuación (2.3)
R de la Ecuación (2.1)
hc = 0.100
hr = 1.049
R = (0.0298 x 1.049 + 0.100)-1 = 7.6 (ft2·h·°F/Btu)
INFORMACIÓN TÉCNICA
EJEMPLO (2.2)
Estimación de Resistencia Térmica para dos espacios de aire reflectante de una pulgada en serie
Especificaciones:
Espacio de aire 1: 1.0 pulgada de ancho
Lado uno
ε1 = 0.80
Lado dos
ε2 = 0.03
Espacio de aire 2: 1.1.0 pulgada de ancho
Lado uno
ε1 = 0.03
Lado dos
ε2 = 0.80
Temperatura del lado frío
Temperatura del lado cálido
70°F
80°F
Primera aproximación para DT
DT a través del espacio de aire 1:
DT a través del espacio de aire 2:
DT1 = 5°F
DT2 = 5°F
Use hc a la temperatura indicada 75°F como una aproximación
Τμ para espacio de aire 1:
Τμ para espacio de aire 2:
Ε1 = Ε2 = 0.0298
Del Cuadro (2.1)
hc1 = 0.184
hc2 = 0.184
De la Ecuación (2.3)
hr1 = 1.034
hr2 = 1.064
De la Ecuación (2.1)
R1 = 4.66
R2 = 4.64
R = R1 + R2 = 9.3
72.5°F
77.5°F
Aproximación revisada para DT
DT1 = 10 x 4.66/9.3 = 5.01
DT2 = 10 x 4.64/9.3 = 4.99
Estos valores DT coinciden con los valores asumidos. Si los
resultados no son satisfactorios entonces el cálculo debe de
repetirse usando los valores calculados para DT.
Ejemplos (2.1) y (2.2) muestran el acercamiento utilizado para
calcular las resistencias térmicas para un sistema ideal. Un
cálculo más preciso puede ser el resultado de una expresión
matemática para hc en lugar de la del cuadro. En la mayoría de
los casos, los valores de R medidos son menores que aquellos
calculados por un sistema ideal.
INFORMACIÓN TÉCNICA
CAPÍTULO
3
ELEMENTOS ESTRUCTURALES
TIPOS DE CUBIERTAS
2. TEJA FRANCESA
Existe gran variedad de cubiertas en el mercado, cada
fabricante recomienda o especifica el manejo e instalación,
para el caso de este manual haremos una reseña de las láminas
más utilizadas en el medio.
Rendimiento: 14 Unidades / m2.
Peso: 3.5 Kg.
Medidas reales: 26 x 43 cms. (Ancho x Longitud)
Pendiente mínima recomendada: 30 grados (58%)
1. TEJAS DE BARRO
Los hallazgos más tempranos de la utilización de teja en
azotea se dieron en Grecia arcaica en donde las piezas de
arcilla cocinada comenzaron a sustituir las cubiertas de paja
en las azoteas de los templos de Apolo y de Poseidón entre
700-650 A.C.
3. TEJA COLONIAL
Rápidamente, se implementaron en cubiertas de viviendas. En
un plazo de cincuenta años se encuentra evidencia de una gran
cantidad de sitios alrededor del mundo donde se utilizaron las
tejas de barro como una manera innovadora de solucionar el
problema de la lluvia. Se halla evidencia en edificaciones en
el mediterráneo del este, Grecia, Italia occidental, Asia Menor,
meridional y central.
Rendimiento: 18 Unidades / m2.
Peso: 2.0 Kg.
Medidas reales: 22 x 18 x 45 cms. (Cabeza x Cola x Longitud).
Pendiente mínima recomendada: 30 grados (58%).
INFORMACIÓN TÉCNICA
4. CUBIERTA DE ACERO ONDULADA GALVANIZADA
Lámina de acero con recubrimiento de zinc (galvanizada) o
con requerimiento de aleación zinc-hierro por el proceso de
inmersión en caliente. Es una de las cubiertas más utilizadas a
nivel residencial en América Latina.
Calibre
26
26
26
26
28
28
28
28
28
28
28
28
30
30
30
30
31
31
31
31
31
32
32
32
32
Espesor Acero
Base (mm)
0.45
0.45
0.45
0.45
0.32
0.32
0.32
0.32
0.32
0.32
0.32
0.32
0.27
0.27
0.27
0.27
0.23
0.23
0.23
0.23
0.23
0.2
0.2
0.2
0.2
Largo
(mts)
1.83
2.44
2.44
3.66
1.83
2.44
3.05
3.66
1.83
2.44
3.05
3.66
1.83
2.44
3.05
3.66
1.83
2.44
2.74
3.05
3.66
1.83
2.44
3.05
3.66
Ancho Total
(mts)
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
1.05
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
0.81
Ancho Útil
(m)
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
0.96
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
0.71
Cubrimiento
efectivo (m2)
1.61
2.2
2.78
3.37
1.61
2.2
2.78
3.37
1.19
1.63
2.06
2.49
1.19
1.63
2.06
2.49
1.19
1.63
1.84
2.06
2.49
1.19
1.63
2.06
2.49
Cuadro (3.1)
Pendiente mínima recomendada: 26.79 grados (15%)
Distancia de
clavadores
0.84
1.14
0.96
1.17
0.84
1.14
0.96
0.87
0.84
1.14
0.96
0.87
0.84
1.14
0.96
0.87
0.84
0.76
0.84
0.96
0.87
0.84
0.76
0.96
0.87
Peso
(kg)
8.22
10.96
13.7
16.44
5.91
7.89
9.86
11.83
4.5
6.01
7.51
9.01
3.82
5.1
6.37
7.65
3.3
4.4
4.94
5.5
6.6
2.87
3.83
4.79
5.74
INFORMACIÓN TÉCNICA
5. LÁMINA ONDULADA FIBROCIMENTO
Lámina hecha de fibrocemento con alta resistencia mecánica
reforzado para ambientes salinos o corrosivos.
Teja
No.
2
Ancho
Longitud
Superficie
Traslape
Peso
Total
Útil
Total
Útil
Total
Útil
Long.
Lateral
m
m
m
m
m2
m2
m
m
kg
0.61
0.47
0.92
0.873
0.561
0.41
0.14
0.047
6.5
3
0.91
0.77
0.92
0.873
0.837
0.672
0.14
0.047
9.75
4
1.22
1.08
0.92
0.873
1.122
0.942
0.14
0.047
13
5
1.52
1.38
0.92
0.873
1.398
1.204
0.14
0.047
16.25
6
1.83
1.69
0.92
0.873
1.683
1.475
0.14
0.047
19.5
8
2.44
2.3
0.92
0.873
2.244
2.007
0.14
0.047
26
10
3.05
2.91
0.92
0.873
2.806
2.54
0.14
0.047
32.5
Cuadro(3.2)
Pendiente recomendada: 15 grados (15%) 30 grados (57.7%) máxima
6. CUBIERTAS DE LÁMINA CONTINUA
Las láminas continuas son utilizadas en proyectos con
gran área de techo en edificios de estructura metálica, son
traslapadas mecánicamente por medio de un sello mecánico
conocido como engargolado. Este sello permite la unión
mecánica de las láminas y un sello contra la lluvia.
Las longitudes son desarrolladas en sitio por medio de una
máquina que toma los rollos de lámina y les da la forma de
cubierta por medio de rodillos.
INFORMACIÓN TÉCNICA
MODULACIÓN DE TECHOS
En orden de conocer el área del techo que se requiere aislar es
importante conocer primero la pendiente que el fabricante de
la cubierta recomienda, este valor se expresa en grados o en %.
A continuación viene una tabla con los valores más utilizados
por los distintos tipos de cubiertas que se encuentran en el
mercado.
El coeficiente de pendiente es un valor que da una solución
rápida al cálculo de la longitud del techo desde su parte más
alta a su punto más bajo, o sea la distancia entre la cumbrera
y la canoa.
Pendientes más usadas
PORCENTAJE
100
90
80
70
60
57.7
55
50
46.6
45
40
36.39
35
30
26.79
25
20
17.63
15
10
8.75
5
0
ÁNGULO
45º
41º59´
38º40´
35º
38º58´
30º
28º49´
26º34´
25º
24º14´
21º48´
20º
19º17´
16º42´
15º
14º02´
11º17´
10º
8º32´
5º43´
5º
2º52´
0º0´
Cuadro (3.3.)
COEFICIENTE DE PENDIENTE
1.4142
1.3454
1.2806
1.2206
1.1662
1.1547
1.1413
1.1181
1.1034
1.0966
1.0769
1.0642
1.0595
1.044
1.0353
1.0308
1.0199
1.0154
1.0122
1.005
1.0038
1.0012
1
INFORMACIÓN TÉCNICA
A
B
➜ Ejemplo (3.1)
Tenemos que cubrir una distancia de AB de cubierta de acero ondulada galvanizada con una pendiente de 15º, sabemos que
la distancia del segmento CB es de 3metros la cual se toma midiendo la distancia entre centro de la construcción alineado con
la cumbrera hasta la pared lateral (sin tomar en cuenta la distancia de los aleros). Para determinar la distancia AB de la figura
anterior, se procede con el siguiente cálculo:
A
C
B
__
CB= 3m
Del cuadro (3.3)
Para una pendiente de 15º se tiene el coeficiente de pendiente de 1.0353.
__
__
AB=CP(coeficiente de pendiente) x CB Ecuación (3.1)
__
AB= 1.0353 x 3=3.1059 m
La distancia que existe entre la canoa y la cumbrera es de 3.1059 m
INFORMACIÓN TÉCNICA
CÁLCULO DE SUPERFICIE DE CUBIERTA EN TECHOS INCLINADOS Y CURVOS
Para realizar el cálculo de cantidad de materiales necesarios
en el techo, se presenta la necesidad de calcular la superficie
real de la cubierta.
TECHO A UN AGUA
Pendiente
H/Lx100. Ecuación (3.2.)
Superficie de cubierta
A X L x CP. Ecuación (3.3.)
Donde:
A = Ancho del faldón
L = Luz a cubrir
CP = Coeficiente de Pendiente
h
A
L
TECHO A DOS AGUAS
Pendiente
H / L x 100. Ecuación (3.4)
Superficie de cubierta
A x L x CP Ecuación (3.5)
h
A
L
L2
TECHO A CUATRO AGUAS
Pendiente
2H / L2 x 100 Ecuación (3.6)
Superficie de cubierta
2H CP/Pend. (L1 + L2/2 – H/Pend.) Ecuación (3.7)
L1
h
INFORMACIÓN TÉCNICA
CÁLCULO EN CUBIERTAS CURVAS O PARABÓLICAS
En el caso de tener que aislar un galpón cuya estructura es de
forma curva, el procedimiento de cálculo será el siguiente.
Ecuación (3.8)
Curva CB=
πxRxa
f
90
Donde:
Radio de curvatura (R) = (L2/4+f2) /2F. Ecuación (3.9)
a = arcsen (L/2R). Ecuación (3.10)
A
B
L
RECOMENDACIONES DE MANEJO
¿CÓMO ALMACENAR?
• Se almacena en lugares secos
• No se debe sacar del empaque hasta que se use
• Altura máxima de almacenamiento 2.50 m para evitar caídas
de operarios o bodegueros
• En caso de dejar en bodega por varios meses, asegúrese de
tener un control de plagas ya que en caso de materiales con
mordeduras de roedores, perderán su garantía comercial
HERRAMIENTAS DE INSTALACIÓN
No se requiere de herramienta especializada, cualquier persona
con experiencia en instalación de cubiertas se encuentra en la
capacidad de instalar aislantes reflectivos Prodex.
Se requiere de:
1. Cinta métrica: se usa para medir la distancia entre apoyos,
marcar el aislante por la parte superior y conocer donde ubicar
los tornillos que lo fijarán a la estructura.
2. Marcador para señalar los puntos en el que el material
requiere ser cortado.
3. Cuchilla utilitaria (cutter), se utiliza para realizar los cortes
con la distancia requerida para la instalación.
4. Taladro para llevar a cabo la colocación de los tornillos en el
aislante y la estructura.
MATERIALES NECESARIOS
1. Tornillos punta fina y punta broca dependiendo de
la estructura (si es de madera o de acero). Los tamaños
requeridos van desde 1.5” a 4” dependiendo del tipo
de cubierta que se va a colocar.
GUÍA DE
SELECCIÓN
Y MÉTODO
DE INSTALACIÓN
GUÍA DE SELECCIÓN Y MÉTODO DE INSTALACIÓN
Descripción
Características
PRODEX® es un aislante térmico reflectivo desarrollado
bajo las más altas normas de calidad, diseñado para ahorrar
energía eliminando el calor radiante que emiten los techos,
pisos o paredes dentro de las construcciones. Protege su casa,
comercio o proyecto brindándole CONFORT en cualquier
época del año.
➜ Estructura de polietileno en celda 100% cerrada
Beneficios
➜ Permite obtener ahorro energético con el uso del aire
acondicionado
➜ Impermeable al agua
➜ Resistente a la formación de hongos
➜ Barrera de vapor
➜ Densidad de 20 - 30 kg / m2
➜ Emitancia de 0.03
➜ Valor de la espuma **LAMBDA de 0.032w/mk
➜ Protege su construcción del calor en climas cálidos
➜ Mantiene la temperatura interna confortable en zonas frías
➜ No promueve la generación de hongos o bacterias
➜ No provoca alergias
➜ Impermeable, higiénico y resistente a agroquímicos,
ácidos, bases, aceites, revestimientos y detergentes
➜ Acabados finales de alta calidad
➜ Liviano y fácil de manejar. Sencillo de instalar
➜ Libre de gases tóxicos
➜ Libre de *CFC. No daña la capa de ozono
*CFC (clorofluorocarburo o clorofluorocarbonados):
Esta sustancia alcanza la estratósfera donde es disociado por la radiación
ultravioleta, liberando el cloro de su composición y dando comienzo al
proceso de destrucción del ozono. Hoy se ha demostrado que la aparición
del agujero de ozono sobre la Antártida, a comienzos de la primavera austral,
está relacionado con la fotoquímica de los CFCs.
**LAMBDA:
Coeficiente de conductividad térmica que expresa la cantidad o flujo de calor
que pasa a través de la unidad de superficie de una muestra.