Aislación térmica - Transmisión térmica

NORMA CHILENA OFICIAL
NCh849.Of87
Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología,
magnitudes, unidades y símbolos
Preámbulo
El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el
estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la
INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION
PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos
organismos.
La norma NCh849 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de
Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales
siguientes:
Aislantes AISLAPOL S.A.C. e I.
Aislantes Nacionales Ltda.
Centro de Ahorro de Energía
Comisión Tecnológica del Colegio de Arquitectos
Compañía Industrial El Volcán S.A.
Dirección General de Metro
Empresa Nacional de Electricidad S.A., ENDESA
Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales,
IDIEM, Universidad de Chile
Instituto Nacional de Normalización, INN
Instituto Profesional de Santiago
Ministerio de Obras Públicas, Dirección de
Arquitectura, MOP
Daniel Longueira S.
Walter Bischhoffshausen N.
Jaime Hernández M.
Carlos Claussen W.
Guillermo Knaudt C.
Agustín Echeverría de C.
Pedro Echeverría B.
Mauricio Muñoz C.
Roy Levis M.
Conrado Berkhoff C.
Miguel Bustamante S.
Gabriel Rodríguez J.
Liliana Anduaga G.
Rafael Varleta V.
I
NCh849
Ministerio de Vivienda y Urbanismo
Universidad del Bío-Bío
Universidad de la Frontera
Universidad Técnica Federico Santa María
Jaime Arancibia C.
Santiago Castillo R.
Ariel Bobadilla M.
Roberto Goycoolea J.
Mario Inostroza D.
Pedro Sarmiento M.
El anexo A forma parte del cuerpo de la norma.
El anexo B no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a titulo informativo.
Esta norma anula y reemplaza a la norma NCh849.Of82, declarada norma chilena Oficial
de la República, por Decreto Nº25 del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, de fecha 04 de
Febrero de 1983.
Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en
sesión efectuada el 21 de Enero de 1987.
Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº61, de fecha
29 de Abril de 1987, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial
del 28 de Mayor de 1987.
II
NORMA CHILENA OFICIAL
NCh849.Of87
Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología,
magnitudes, unidades y símbolos
0 Introducción
En todos los sistemas o elementos en los que se considera un flujo térmico, se supone la
existencia de dos superficies isotérmicas bien definidas, entre las que existe una
diferencia de temperatura.
Se entiende que los fenómenos de flujo térmico se rigen por la Ley de Fourier y que, en
general, se consideran en estado estacionario.
Las unidades establecidas en esta norma son las del Sistema Internacional de Unidades
(SI). Sin embargo, para facilitar el uso de valores tabulados en múltiples publicaciones
científicas y técnicas, se ha incluido en anexo B, a título informativo, otras unidades que
pueden ser de interés.
1 Alcance y campo de aplicación
1.1 Esta norma establece la terminología básica, magnitudes, unidades y símbolos que
dicen relación con los fenómenos de la transmisión de calor en el campo del
acondicionamiento térmico.
1.2 Esta norma se aplica a la expresión de valores de transmisión de calor, ya sean éstos
obtenidos por medición o por cálculo.
1.3 Esta norma se aplica a los materiales térmicamente homogéneos y elementos
compuestos al considerar la aislación térmica especialmente en el diseño de edificios, en
la construcción en general, así como en otros proyectos tecnológicos similares.
NOTA - Se entiende por material térmicamente homogéneo aquel en que las heterogeneidades son macros
cópicamente despreciables.
1
NCh849
2 Referencias
NCh31/4
NCh850
Magnitudes y unidades de calor.
Aislación térmica - Método para la determinación de la conductividad
térmica en estado estacionario por medio del anillo de guarda.
Aislación térmica - Determinación de coeficientes de transmisión
térmica por el método de la cámara térmica.
Acondicionamiento térmico - Envolvente térmica de edificios - Cálculo
de resistencias y transmitancias térmicas.
NCh851
NCh853
3 Magnitudes físicas y definiciones
NOTA A - Los términos con asterisco no están contenidos en la norma NCh31/4 Magnitudes y unidades de
calor.
NOTA B - Los términos con subíndice
convencionales.
l (lineal) no corresponden a magnitudes físicas reales sino a definiciones
Símbolo de la
magnitud
Unidad
3.1 calor: cantidad de calor.
Q
J
3.2 capacidad térmica: magnitud definida por la ecuación:
C
J/K
3.3 capacidad térmica específica: capacidad térmica
dividida por la masa.
c
J/(kg ⋅ K)
3.4 capacidad térmica específica a presión constante:
cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de
una masa de fluido unitaria en la unidad de temperatura, a
presión constante.
cp
J/(kg ⋅ K)
3.5 capacidad térmica especifica a volumen constante:
cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de
una masa de fluido unitaria en la unidad de temperatura a
volumen constante.
cv
J/(kg ⋅ K)
3.6 coeficiente superficial de transferencia térmica:
densidad de flujo térmico a través de una superficie
dividida por la diferencia de temperatura entre esa
superficie y los ambientes circundantes
h
W/(m2 ⋅ K)
c=
dQ
dT
NOTA - Cuando la temperatura de un sistema aumenta en una cantidad
dT por la adición de una pequeña cantidad de calor dQ , entonces la
cantidad
h=
2
dQ/dT
q
Ts - Ta
es la capacidad térmica.
NCh849
Símbolo de la
magnitud
Unidad
Λ
W/(m2 ⋅ K)
Λl
W/(m ⋅ K)
λ
W/(m ⋅ K)
σ
W/(m2 ⋅ K4)
NOTA - Ello supone conocer la superficie a través de la cual el calor es
transferido, la temperatura de la superficie, Ts , y la temperatura
ambiente
Ta (con referencia a convección libre o forzada y radiación
desde superficies circundantes, etc.).
3.7 conductancia térmica*): inverso de la resistencia
térmica desde superficie a superficie de un elemento;
(nota A)
Λ=
1
R
NOTA - La conductancia térmica debe ser denominada conductancia
térmica superficial cuando pueda ser confundida con la conductancia
térmica lineal (párrafo 3.8).
3.8 conductancia térmica lineal*): inverso de la resistencia
térmica lineal desde superficie a superficie de un
elemento; (notas A y B).
Λl =
1
Rl
3.9 conductividad térmica: cuociente entre la densidad de
flujo térmico y el gradiente de temperatura.
λ = q/(- ∂T/∂e)
NOTAS
1)
El gradiente de temperatura es el cuociente entre la diferencia
infinitesimal de temperatura que se produce cuando el calor cruza
perpendicularmente un espesor infinitesimal.
2)
La conductividad térmica varía principalmente con la densidad, la
temperatura y la humedad.
3)
Algunos materiales presentan diferencia de conductividad térmica
importante según el sentido del flujo térmico (anisotropía).
4)
La conductividad térmica se determina experimentalmente según
la norma NCh850.
3.10 constante de Stefan - Boltzmann*): constante de
radiación para un radiador integral (cuerpo de ε = 1)
(nota A).
Su valor es:
σ = (5,6697 ± 0,0029) ⋅ 10-8 W/(m2 ⋅ K4)
3
NCh849
Símbolo de la
magnitud
Unidad
q
W/m2
qr
W/m2
ql
W/m
α
m2/s
NOTA - Cuerpo negro es un cuerpo ideal emisor y absorbente perfecto
de radiación térmica. Emite el máximo de energía radiante a todas las
longitudes de onda, en función de su temperatura, y absorbe todo el
flujo radiante incidente.
3.11 densidad de flujo térmico: flujo térmico dividido por
el área:
q=
dφ
dA
NOTA - El término densidad debe ser denominado densidad superficial
cuando pueda ser confundido con densidad lineal.
3.12 densidad de flujo radiante*): flujo radiante por unidad
de área; (nota A).
qr =
d φr
dA
NOTA - La densidad de flujo radiante es proporcional a la cuarta
potencia de la temperatura termodinámica:
qr = ε • σ • T 4
en que:
ε
=
emisividad;
σ
=
constante de Stefan - Boltzmann;
T
=
temperatura termodinámica.
3.13 densidad de flujo térmico lineal*): flujo térmico por
unidad de longitud; (notas A y B)
qr =
dφ
dl
3.14 difusividad térmica: conductividad térmica dividida
por la densidad y por la capacidad térmica específica:
α=
λ
ρc
NOTAS
1)
Para fluidos la capacidad térmica específica apropiada es cp.
2)
La definición supone que el medio es homogéneo y opaco.
3)
La difusividad térmica es relevante en el estado no-estacionario, y
puede ser medida directamente o bien calculada mediante la
fórmula señalada más arriba, a partir de cantidades medidas en
forma separada.
4
NCh849
4)
Símbolo de
la magnitud
Unidad
b
J/(m2 ⋅ K ⋅ s1/2)
Entre otras cosas, la difusividad térmica da cuenta de la
respuesta de la temperatura en cierto lugar al interior de un
material, a un cambio de temperatura originado en la
superficie.
Cuanto más elevada es la difusividad térmica del material,
tanto más sensible a los cambios de la temperatura superficial
resulta la temperatura interior.
3.15 efusividad térmica*): raíz cuadrada del producto
de la conductividad térmica por la densidad y por la
capacidad térmica específica; (nota A)
b= λ ρ c
NOTAS
1)
Para fluidos la capacidad térmica específica apropiada es cp.
2)
Esta propiedad resulta relevante en el estado
no-estacionario. Puede ser medida o bien calculada mediante
la fórmula señalada anteriormente a partir de cantidades
medidas en forma separada. Entre otras cosas, la efusividad
térmica da cuenta de la respuesta de la temperatura
superficial a un cambio de la densidad del flujo térmico en la
superficie. Cuando más baja la efusividad térmica del material,
tanto más sensible a los cambios superficiales del flujo
térmico resulta la temperatura superficial.
3.16 emisividad*): razón entre la radiación térmica
desde un área unitaria de superficie de un radiador
cualquiera y la radiación desde un área unitaria de un
radiador integral (cuerpo negro), a la misma temperatura. Es una magnitud adimensional; (nota A).
ε
3.17 flujo radiante*): energía térmica radiante
transferida a un sistema o desde un sistema; (nota A)
φr
W
φ
W
R
m2 ⋅ K/W
φr =
d Qr
dt
3.18 flujo térmico: cantidad de calor transferida a un
sistema, o desde un sistema, dividida por el tiempo:
φ=
dQ
dt
3.19 resistencia térmica*): diferencia de temperatura
dividida por la densidad del flujo térmico; (nota A)
R=
Ts 2 - Ts1
q
5
NCh849
Símbolo de la
magnitud
Unidad
Rs
m2 ⋅ K/W
Rl
m ⋅ K/W
RT
m2 ⋅ K/W
NOTAS
1)
Ts 2 y Ts1 corresponden a las temperaturas superficiales
externas de las capas consideradas.
2)
La resistencia térmica se calcula según la norma NCh853 y
se determina experimentalmente según la norma NCh851.
3.20 resistencia térmica de superficie*): valor
recíproco del coeficiente superficial de transferencia
térmica; (nota A)
Rs =
1
h
3.21 resistencia térmica lineal*): diferencia de
temperatura dividida por la densidad lineal del flujo
térmico; (notas A y B)
Rl =
Ts 2 - Ts 1
ql
NOTAS
1)
Ts1 y
Ts 2 y la extensión longitudinal a lo largo de la
cual la densidad lineal del flujo térmico resulta
uniforme.
2)
Si en el sistema,
Ello supone conocer las temperaturas de referencia
Ts1 o Ts 2 no son las temperaturas
de una superficie sólida sino las de un fluido,
entonces debe definirse una temperatura de
referencia en cada caso específico (con
referencia a convección libre o forzada por
radiación desde superficies circundantes, etc.).
3.22 resistencia térmica total*): diferencia de
temperatura de aire a aire dividida por la densidad
del flujo térmico; (nota A)
RT =
T a 2 - T a1
q
NOTAS
Ta 2 y Ta1 corresponden a las
temperaturas del aire adyacente en ambos
ambientes.
1)
Las temperaturas
2)
Se calcula según la norma NCh853 y se determina
experimentalmente según NCh851.
6
NCh849
Símbolo de la
magnitud
Unidad
la
r
m ⋅ K/W
3.24 transmitancia térmica*): flujo térmico dividido
por el área y por la diferencia de temperatura entre
los ambientes circundantes situados a cada lado del
sistema; (nota A)
U
W/(m2 ⋅ K)
Ul
W/(m ⋅ K)
3.23 resistividad térmica*): recíproco
conductividad térmica; (nota A)
r=
U=
de
1
λ
(Ta 2
φ
- Ta1 ) A
NOTAS
1)
Ello supone la definición en el sistema, de dos
temperaturas de referencia Ta 2 y Ta1 , y de otras
condiciones límites.
2)
La transmitancia térmica debe ser reemplazada por la
transmitancia térmica superficial cuando puede ser
confundida con la transmitancia térmica lineal (párrafo
3.25).
3.25 transmitancia térmica lineal*): flujo térmico
dividido por la longitud y por la diferencia de
temperatura entre los ambientes circundantes
situados a cada lado de un sistema; (notas A y B)
Ul =
(Ta 2
φ
- Ta1 ) l
NOTAS
1)
Ello supone la definición en el sistema, de dos
temperaturas de referencia, Ta 2 y Ta1 y de otras
condiciones límites.
2)
El inverso de la transmitancia térmica lineal es la
resistencia térmica lineal total entre los ambientes
circundantes situados a cada lado del sistema.
7
NCh849
Anexo A
Símbolos y unidades
Tabla 1 - Símbolos y unidades para otras magnitudes
2
área
A
m
densidad
ρ
kg/m
diámetro
D
m
espesor
e
m
longitud
l
m
masa
m
kg
temperatura Celsius
θ
ºC
temperatura termodinámica
T
K
tiempo
t
s
3
Con miras a evitar confusiones, a menudo resulta necesario el empleo de subíndices o de
otras señales de identificación. En estos casos su significado debe ser explícito.
No obstante, se recomiendan los siguientes subíndices:
Tabla 2 - Subíndices
8
ambiente
a
conducción
cd
convección
cv
contacto
c
espacio de gas (aire)
g
exterior
e
interior
i
longitud
l
presión
p
radiación
r
superficie
s
superficie exterior
se
superficie interior
si
volumen
v
NCh849
Anexo B
(Informativo)
Factores de conversión
Tabla 3 - Cantidad de calor, Q
Q
J
Wh
-4
1 J
1
1 Wh
3 600
1 kcal
4 186,8
1 Btu
1 055
*)
kcal
*)
*)
-4
-4
2,778 ⋅ 10
2,388 ⋅ 10
9,478 ⋅ 10
1
0,8598
3,412
1,163
1
3,968
0,2931
0,2520
1
*)
Valor exacto.
Tabla 4 - Flujo térmico,
φ
W
1 W
1
1 cal/s
4,1868
1 kcal/h
cal/s
φ
kcal/h
Btu/s
0,2388
0,8598
9,478 ⋅ 10
1
3,6
*)
3,968 ⋅ 10
1,163
0,2778
1
1 Btu/s
1 055
252,0
1 Btu/h
0,2931
0,0699
*)
*)
*)
Btu/h
-4
3,412
-3
14,29
1,102 ⋅ 10
-3
3,968
907,2
1
3 600
0,2520
2,778 ⋅ 10
*)
1
-4
Valor exacto.
Tabla 5 - Densidad de flujo térmico,
2
q
2
2
1
1
36 000
13 272
-5
1
0,3687
-5
2,712
1
2
1,163
2,778 ⋅ 10
3,155
7,535 ⋅ 10
2
1 Btu/(h ⋅ ft )
*)
Btu/(h ⋅ ft )
0,8598
41 868
1 kcal/(h ⋅ m )
*)
2
kcal/(h ⋅ m )
2,388
2
1 cal/(s ⋅ cm )
q
2
cal/(s ⋅ cm )
W/m
1 W/m
*)
Btu
*)
0,3170
Valor exacto.
9
NCh849
Tabla 6 - Coeficiente superficial de transferencia térmica, h, conductancia térmica,
transmitancia térmica, U
2
1 W/(m ⋅ K)
2
1 W/(cm ⋅ ºC)
2
cm ⋅ º C
-4
-5
0,8598
0,1761
*)
1
0,2388
8 598
1 761
*)
4,1868
1
36 000
7 373
-5
1
0,2048
-4
4,882
1
10 000
1,163
1,163 ⋅ 10
5,678
5,678 ⋅ 10
2
Btu
h ⋅ ft 2 ⋅ º F
2,388 ⋅ 10
2
1 Btu/(h ⋅ ft ⋅ ºF)
kcal
h ⋅ m2 ⋅ º C
1,10
1
41 868
1 kcal/(h ⋅ m ⋅ ºC)
cal
s ⋅ cm2 ⋅ º C
W
2
1 cal/(s ⋅ cm ⋅ ºC)
*)
W
2
m ⋅K
Λ, U
h,
Λ,
*)
*)
*)
-4*)
2,778 ⋅ 10
-4
1,356 ⋅ 10
Valor exacto.
Tabla 7 - Resistencia térmica, R, Rs
2
2
1 m ⋅ K/W
*)
5,678
1,163
2,388 ⋅ 10
1
2,778 ⋅ 10
1,356 ⋅ 10
2
0,8598
36 000
1
4,882
2
0,1761
7 373
0,2048
1
2
1 h ⋅ m ⋅ ºC/kcal
1 n ⋅ ft ⋅ ºF/Btu
10
*)
1
h ⋅ ft 2 ⋅ º F
Btu
41 868
1 s ⋅ cm ⋅ ºC/cal
*)
h ⋅ m2 ⋅º C
kcal
s ⋅ cm2 ⋅ º C
cal
m ⋅K
W
R, Rs
Valor exacto.
-5
-5
*)
-4
NCh849
Tabla 8 - Conductividad térmica,
W
m⋅ K
λ
W
cm ⋅ o C
1
W
m⋅ K
1
1
W
cm ⋅ º C
100
1
cal
s ⋅ cm ⋅ º C
418,68
1
kcal
h⋅m⋅ºC
1,163
1,163 ⋅ 10
1
Btu
s ⋅ ft ⋅ º F
6 231
62,31
1
Btu
h ⋅ ft ⋅ º F
1,731
1,731 ⋅ 10
1
Btu ⋅ inn
h ⋅ ft 2 ⋅ º F
0,1442
1,442 ⋅ 10
*)
*)
*)
*)
*)
cal
s ⋅ cm ⋅ º C
-3
λ
Btu
s ⋅ ft ⋅ º F
kcal
h⋅m ⋅ ºC
-4
0,5778
6,933
-2
57,78
693,3
-2
241,9
2 903
1,866 ⋅ 10
-4
0,6720
8,064
5 357
1
3 600
43 200
-3
1,488
2,778 ⋅ 10
-4
1
12
-4
0,1240
2,315 ⋅ 10
-5
8,333 ⋅ 10
0,01
2,388 ⋅ 10
0,8598
1,605 ⋅ 10
1
0,2388
85,98
1,605 ⋅ 10
1
360
6,720 ⋅ 10
2,778 ⋅ 10
1
14,88
*)
4,1868
-2
Btu ⋅ inn
h ⋅ ft 2 ⋅ º F
Btu
h ⋅ ft ⋅ º F
*)
-3
-2
4,134 ⋅ 10
-3
3,445 ⋅ 10
*)
*)
-2
1
Valor exacto.
11
NORMA CHILENA OFICIAL
INSTITUTO
NACIONAL
DE
NCh
NORMALIZACION
!
849.Of87
INN-CHILE
Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología,
magnitudes, unidades y símbolos
Thermal insulation - Thermal transfer - Terminology, quantities, units and symbols
Primera edición : 1987
Reimpresión
: 1999
Descriptores:
aislación térmica, terminología, unidades, magnitudes, símbolos
CIN
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