aislante textil tesis chile

ANÁLISIS DE RESIDUOS TEXTILES COMO USO
DE MATERIAL AISLANTE. PROPUESTA PARA
AISLAMIENTO TÉRMICO EN FACHADA
EXTERIOR
Tesis para optar al título de:
Ingeniero Constructor
Profesora Patrocinante:
Dra. Ing. Diana Movilla Quesada
ANDREA IGNACIA RIQUELME BASSO
VALDIVIA – CHILE
2015
A mi familia, los Riquelme Basso
siempre.
Índice de contenidos
Contenido
Pag
RESUMEN
1
ABSTRACT
2
Capítulo I: INTRODUCCION
3
1.1
Planteamiento del problema
3
1.2
Objetivos
4
1.2.1
Objetivo General
4
1.2.2
Objetivos Específicos
4
Capítulo II: ESTADO DEL ARTE
5
2.1
Eficiencia energética: Uso sostenible de los recursos
5
2.2
Métodos de eficiencia energética: Viabilidad y energía ahorrada
7
2.3
Mejoramiento térmico en edificios: Aislación en fachada exterior
8
2.4
Estudios y experiencias anteriores
11
2.5
La importancia de reciclar: Reutilización de fibras textiles
15
2.6
Otros usos de desechos textiles reciclados
18
Capítulo III: MARCO TEÓRICO
21
3.1
Normativa
25
3.2
Procesos reciclado textil
25
3.3
Solución constructiva para rehabilitación de fachada exterior en edificios
carentes de confort térmico
26
3.4
Software iButton
28
3.5
Instalación y ensayo
28
3.6
Cálculo
30
3.7
Descripción de la solución constructiva
31
3.8
Cálculo según normativa Chilena
33
Capítulo IV: METODOLOGIA
34
4.1
Elección aglomerante
34
4.2
Preparación
34
4.3
Instalación
35
4.4
Ensayo
38
4.4.1
Cálculo con programa HTTonedt – One-Dimensional, Transient
Conduction
40
Capítulo V: RESULTADOS
45
5.1
Mediciones de temperaturas en probetas 1,2 y 3
45
5.1.1
Gráficas de mediciones probetas 1, 2 y 3
51
5.2
Datos ingresados en software para cada probeta
53
5.2.1
Gráficas simulaciones probeta 1, 2 y 3
54
5.2.2
Resultados de la determinacion de la conductividad termica
55
5.3
Determinacion de la transmitancia termica
56
5.3.1
con yeso
Calculo resistencia total y transmitancia termica para aislante de textiles
57
Capítulo VI: CONCLUCIONES
60
BIBLIOGRAFÍA
62
Índice de figuras
Contenido
Pag
1
portugués
Figura 1: Ejemplo esquemático de ETICS disponible en el mercado
2
Figura 2: Distribución de las zonas climáticas en las regiones de Chile21
3
Figura 3: Zona 5 y 6 Región de los Ríos
22
4
Figura 4: Mapa zonificado Región de los Ríos
22
5
Figura 5: Disposición sensores en probeta cilíndrica
29
6
Figura 6: Solución constructiva
32
7
Figura 7: Resistencias térmicas de superficie en m2*K/W
33
8
Figura 8: 5 pasos para prueba de aglomerante
35
9
Figura 9: Probetas 1, 2 y 3
35
10
Figura 10: Cilindros con tapa inferior
36
11
Figura 11: Presentación de sensores e instalación sensores 1,2,3
37
12
Figura 12: Montaje sistema
38
13
Figura 13: Nombre sensores en Software
38
14
Figura 14: Presentación sensores en Software
39
15
Figura 15: Pantalla principal programa
40
16
Figura 16: Ingresar datos en Dimensional Input
40
17
Figura 17: Pantalla 1, al pinchar Initializate, pantalla 2 al pinchar Start 42
18
Figura 18: Pantalla Save Data
43
19
Figura 19: Datos para simulación probetas 1,2 y 3
53
14
Índice de gráficos
Contenido
Pag
1
Gráfico 1: Mediciones probeta 1
51
2
Gráfico 2: Mediciones probeta 2
52
3
Gráfico 3: Mediciones probeta 3
52
4
Gráfico 4: Simulación probeta 1
54
5
Gráfico 5: Simulación probeta 2
54
6
Gráfico 6: Simulación probeta 3
55
Índice de tablas
Contenido
Pag
1
Tabla 1: Datos probetas
36
2
Tabla 2: Mediciones temperaturas probeta 1
45
3
Tabla 3: Mediciones temperaturas probeta 2
47
4
Tabla 4: Mediciones temperaturas probeta 3
49
5
Tabla 5: Mediciones temperaturas probeta 3
55
6
Tabla 6: Mediciones temperaturas probeta 3
59
RESUMEN
Como necesidad de reducir el consumo energético en edificios carentes de
aislación, se presenta a través de este trabajo de titulación, una innovadora
metodología para devolverles el confort térmico, mediante el uso de materiales
reciclados como solución para rehabilitación de edificios en fachada exterior.
Para tal proceso de aislación, se recurrirá a la mezcla de residuos textiles, los
cuales han terminado su vida útil como prenda de vestir, y aglomerados con yeso
para la fabricación del panel aislante. Además, mediante el software iButton se
realizán toma de datos de temperaturas, y para el cálculo de calor específico y
conductividad térmica se utilizará el programa HTTonedt.
Según el Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento
Térmico en Muros (2007), solución constructiva EIFS Cielpanel hormigón Armado
y NCh 853 (2007), se calcularon las transmitancias térmicas y resistencias totales
para solución, según zona 5, perteneciente a la ciudad de Valdivia (Chile),
obteniendo como resultado que el panel presenta transmitancias térmicas que
triplican a las permitidas para esta zona y las resistencias totales son tres veces
menores. Es por ello, que la solución constructiva no cumple con los requisitos,
por lo que no se recomienda el uso de panel textil.
1
ABSTRACT
As a necessity to reduce the use of energy in buildings which lack of insulation,
in which uses the methology of returning the thermal comfort by the use of
recycling materials. Used as a solution to restore the outside part in the front of
buildings.
For that process of insulation, we will go to the use of textile waste, which have
finished their usable life as a piece of clothing and agglomerated with gypsum, to
create an insulating panel. With the use of the software iButton, the information
about temperature will be taken, to calculate the specific heat and thermal
conductivity with the HTTonedt program.
According to the official list of structural solutions to the thermal reconditioning in
walls (2007), the structural solution EIFS Cielpanel, reinforced concrete and NCh
853 (2007), were calculated the thermal transmittance and the total resistance to
the solution, according to the zone 5 belonging to Valdivia city, getting as a result,
the panel presents transmittance that triple to the permitted to this zone, and the
total resistances are three times less.
Structural solutions doesn’t accomplish with the requirements, for that reason, it’s
not recommended the use of textile panel.
2
CAPÍTULO I: INTRODUCCIÓN
1.1 Planteamiento del problema
Como consecuencia al funcionamiento continúo y larga vida útil de los edificios,
es que estos son responsables de una gran cantidad de consumo de energía, por
lo que urge la necesidad de ahorrar en calefacción y ventilación, debido a la
importancia y conocimiento que existe en estos tiempos sobre la eficiencia
energética y protección del medio ambiente.
Mejorar y renovar el diseño de los edificios, se ha vuelto una prioridad para
reducir el impacto humano en el calentamiento global y como consecuencia
reducir las necesidades energéticas mundiales.
Por otra parte, el incremento de la población mundial, es directamente
proporcional al aumento de residuos textiles en las últimas décadas,
considerando el reciclaje como una alternativa para el grave problema del uso
ineficiente de la energía en Chile, ya que son numerosas las toneladas de
residuos textiles anticuados y/o gastados que son desechados, las que servirían
para generar nuevos materiales e innovar en términos de aislación, aportando de
manera significativa a la sostenibilidad.
Aislar térmicamente un edificio, contribuye notoriamente en la satisfacción del
confort humano y en la reducción de servicios públicos. La solución más óptima
de aislación es la de la fachada exterior, ya que a diferencia de la realizada en el
interior no existe perdida de espacio habitable, lo que presenta una verdadera
ventaja. Existe una tecnología que garantiza la reducción de puentes térmicos,
llamada Sistemas Térmicos Externos de Aislamiento Compuesto (ETICS), usada
tanto en edificios nuevos como para su remodelación, presentando paredes
exteriores más finas y un aumento de durabilidad en la fachada.
3
1.2. Objetivos
1.2.1. Objetivo General
Estudiar y analizar el comportamiento térmico de panel fabricado a partir de
residuos textiles reciclados, el que trabajara como aislante térmico. Propuesta
constructiva para rehabilitación de fachada exterior en edificios carentes de
confort térmico, cumpliendo con las condiciones térmicas para la ciudad de
Valdivia.
1.2.2. Objetivos Específicos

Analizar e interpretar datos de probetas realizadas con desechos textiles,
de forma práctica según software iButton y calcular con programa
HTTonedt, calor específico y conductividad térmica de estas.

Calcular resistencias y transmitancias térmicas del muro, analizado con
distintos espesores de panel aislante de residuos textiles, de acuerdo a
NCh 853 (2007) Acondicionamiento térmico – Envolvente térmica de
edificios – Calculo de resistencias y transmitancias térmicas y según
Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento
Térmico en Muros (2007), solución constructiva EIFS Cielpanel hormigón
Armado.

Estudiar el comportamiento de residuos textiles, aglomerados con distintos
materiales para dar forma de panel aislante, utilizando el que presente
mejor trabajabilidad, siendo aplicado en metodología constructiva de
fachada exterior.
4
CAPITULO II: ESTADO DEL ARTE
2.1 Eficiencia energética: Uso sostenible de los recursos
En la actualidad, adoptar un comportamiento sostenible en el sector de la
construcción se ha vuelto una prioridad, debido al alto consumo de recursos como
materiales, energía y agua, que son utilizados. Por esto, es necesario llevar a
cabo medidas de reducción del consumo energético y las emisiones de gases de
efecto invernadero, volviéndose esencial adoptar acciones más eficientes
durante todo el proceso de construcción. La reutilización de distintos tipos de
residuos en la construcción o rehabilitación de edificios contribuye de manera
significativa a la sostenibilidad según Briga-Sá et al. (2013).
En países como Alemania, reducir el consumo de energía en el sector de la
construcción es un requisito previo, manifestadas en las últimas innovaciones en
términos de material aislante, utilizando aspectos medioambientales, económicos
y realizando una estimación realista del potencial de ahorro en energía de los
componentes sustituidos del edificio (Holm et al., 2014).
Es por ello, que aislar térmicamente un edificio, contribuye notoriamente a la
reducción de servicios públicos, y así al consumo energético. Últimamente se ha
puesto un mayor énfasis en el ahorro de energía en edificios, teniendo en cuenta
para la optimización de este, las condiciones locales, las propiedades térmicas y
la responsabilidad ambiental, logrando un confort térmico óptimo ahorrando en
calefacción y refrigeración. Se estima que sólo el gasto del 1 % en el costo de un
edificio puede reducir el consumo de energía en un 30-40 %. Sin embargo, la
magnitud de energía ahorrada varía según el tipo de construcción, condiciones
climáticas, grosor y ubicación del aislante (Bekkouche et al., 2014). Para
satisfacer la demanda de energía en un futuro (cuando esta sea más limitada) se
deberá aumentar el uso de fuentes de energía renovable (Pajchrowski et al.,
2014).
5
En Europa y en el mundo, los principales consumidores de energía son los
edificios, consumiendo alrededor del 40 % de la energía primaria. El objetivo
para el 2020 es alcanzar un ahorro de un 20% de esta energía, por esto los
requisitos para los nuevos edificios están ajustados gradualmente para lograr
eficiencia energética. En Europa la tasa de construcción de edificios bordea del
1% y la tasa de renovación de los ya existentes es sólo alrededor del 1 % -2 %
por año. La Directiva de Eficiencia Energética sostiene que el ahorro de energía
a nivel mundial se logrará cuando la mayoría de los edificios sean eficientes de
la energía, teniendo por obligación del 3% de tasa en renovación de edificios
públicos. Sin embargo, para el logro de este objetivo, es necesario renovar los
edificios existentes (Mikučionienė et al., 2014).
Las seis áreas sugeridas por Kibert (2008) como medidas para la construcción
sostenible son: reducción del consumo de recursos, reutilización de estos,
utilización de materiales reciclados, conservación del medio ambiente natural,
eliminación de toxinas, garantizar eficientemente la economía en relación a los
costos del ciclo de vida y fortalecimiento de la calidad (Corscadden et al., 2014).
Para la evaluación de medidas de eficiencia energética (EEM) sostenible, se
utilizan cuatro criterios: uso de la energía, confort térmico, costo e impacto
ambiental. Para el uso del edificio la combinación de estos criterios da la
sostenibilidad y no necesariamente se encuentran vinculados al ciclo de vida.
Para la renovación de edificios de oficinas sostenible se consideran cinco
criterios: Emplazamiento sostenible; evaluación de la situación actual de la
construcción, eficiencia energética, eficiencia del agua, materiales y recursos,
renovación, evaluación y gestión de los residuos y por último la calidad del
ambiente interior (Mikučionienė et al., 2014).
Sin embargo, el confort térmico evalúa únicamente las características térmicas
del ambiente interior, siendo insuficiente para satisfacer el confort humano. El
confort en general es una combinación de la calidad del aire, confort térmico,
confort acústico y luminosidad, factores importantes para satisfacer la necesidad
6
de comodidad física y personal. Tales condiciones no significan un ahorro en
energía, pero garantizan la satisfacción humana y funcionalidad del edificio
(Mikučionienė et al., 2014).
2.2 Métodos de eficiencia energética: Viabilidad y energía ahorrada
A la hora de invertir, el factor más frecuente a evaluar es el económico, la decisión
se centra en el aumento de los costos en construcción y los costos más altos en
consumo. Sin embargo, para la construcción sostenible y el proceso de toma de
decisiones los costos medioambientales se ha convertido en un importante punto
(Pajchrowski et al., 2014).
“El nivel de energía óptimo de rentabilidad se define como el nivel de rendimiento
energético que conduce menos costo durante el ciclo de vida económico de la
construcción, teniendo en cuenta el costo inicial de la inversión para las obras de
rehabilitación, los costos de mantenimiento y uso de los componentes de
construcción y sistemas, los costos y los ahorros de la energía y la tasa real de
interés (tasa de descuento, precio de la energía de crecimiento porcentual). Una
intervención puede considerarse rentable si el costo de la energía conservada es
más bajo que el precio de la energía”. (De Angelis et al., 2014).
Un método basado en la actitud sostenible, para promover la renovación de
edificios ya existentes que necesiten una estructura clara y un procedimiento para
la toma de decisiones, este método basado en DT (árbol de decisión) expresa
aspectos de sostenibilidad libres (economía, medio ambiente, sociedad)
mediante cinco criterios: eficiencia energética (EE), impacto ambiental (EI),
racionalidad económica (ER), confort (C) y duración en el punto de vista de
duración del ciclo de vida (LCD) (Mikučionienė et al., 2014).
Para conocer la energía ahorrada en los edificios con solución de eficiencia
energética, se calcula la diferencia del consumo de energía anual, para un año
normal antes y después de la renovación. Tal ahorro puede presentarse en forma
7
de electricidad y/o calor, que se deber a la modernización de la envolvente del
edificio (Mikučionienė et al., 2014).
El ahorro eficiente de energía es una manera rápida y rentable de reducción de
las emisiones de gases de efecto invernadero mejorando la calidad del aire, lo
cual es importante debido al aumento de la densidad de población. También la
importancia para el desarrollo sostenible, esencialmente para las poblaciones de
bajos ingresos (Oyarzo & Peuportier 2014).
Una importante cantidad de estudios para evaluar las medidas de eficiencia
energética (EEM) se hacen solamente con criterios económicos, especialmente
cuando los préstamos son necesarios para implementar EEM. “Los científicos
griegos en el modelo de apoyo a la decisión inteligente para la evaluación de las
medidas de ahorro de energía sólo utilizan criterios económicos y la definen por
tres atributos: Periodo de retorno de la inversión, el valor actual neto (VAN) y tasa
interna de retorno (TIR)”. Siendo estos criterios los más populares para evaluar
la depreciación del edificio en relación entre el ahorro y la inversión. Otro de estos
criterios populares va relacionado con factores económicos, debido a que las
medidas son evaluadas por el ahorro de energía, comúnmente los criterios de
eficiencia energética se relacionan con los factores medioambientales y
económicos (Mikučionienė et al., 2014).
2.3 Mejoramiento térmico en edificios: Aislación en fachada exterior.
En Grecia los edificios construidos antes de 1980 corresponden al 74,6% que no
poseen aislamiento térmico del parque inmobiliario total, sin embargo, para las
viviendas en 1990 el 95% de los muros exteriores se encuentran sin aislamiento.
El clima en Grecia es característico por tener inviernos fríos y veranos calurosos,
por esto estudiar el espesor óptimo de aislamiento proporcionaría útiles
resultados para regiones con características climáticas similares (Axaopoulos et
al., 2014).
8
El Proyecto Rehabilitación Sostenible Europea de Edificios Fachadas y muros
exteriores, tiene como objetivo de investigación el análisis de durabilidad de las
paredes exteriores renovadas en la parte del fortalecimiento físico y en los
beneficios de rehabilitación de la fachada de hormigón. Sin embargo los mayores
fracasos para la construcción de revestimientos fueron causados por el excesivo
contenido de humedad en los materiales de construcción usados para
revestimiento (Hradil et al., 2014).
“Bolattürk estudió el espesor de aislamiento óptimo de la construcción de
paredes utilizando el método de grado - horas, dependiendo de las cargas de
refrigeración y calefacción anuales, para diferentes temperaturas de varias
ciudades dentro de la primera zona climática de Turquía”. En general, se ha
desarrollado una metodología para la optimización de soluciones para
aislamiento térmico, basado en el consumo de energía primaria, el impacto
ambiental y el costo financiero de los elementos de construcción y materiales
(Axaopoulos et al., 2014).
“Los factores más importantes que afectan el espesor óptimo de aislamiento son:
las condiciones climáticas, el tipo de material de aislamiento y el costo, el tipo y
la eficiencia de los sistemas de calefacción y refrigeración, el tipo de energía que
se consume y el costo, la orientación de los muros exteriores, el nivel de cubierta
confort térmico, el tiempo de vida del edificio y finalmente, la inflación y las tasas
de descuento” (Axaopoulos et al., 2014).
Por otra parte, al aumentar el grosor del aislamiento de la pared exterior del
edificio aumenta su resistencia térmica por lo tanto la carga de energía disminuye.
Sin embargo, aumentar el espesor de aislamiento en zonas que presentan
veranos calurosos e inviernos fríos, reduce los requisitos térmicos, produciendo
un indeseable aumento en la temperatura interna y en la carga de refrigeración
en temporada de verano, lo que no ocurriría con un aislamiento de menor
espesor. La refrigeración y calefacción anual por unidad de superficie de la pared
9
se calcula a partir de los datos por hora climática y flujo de calor transitorio a
través de las paredes exteriores del edificio.
El aislamiento es una medida económica viable y con efectos positivos en la
reducción de energía requerida para los edificios. Por lo general, en los edificios
de Atenas se demostró que la instalación de aislamiento en las paredes
exteriores es una inversión rentable, ya que el valor actual neto (VAN) final es
positivo. Para determinar el espesor de aislamiento óptimo para fachada exterior
de un edificio en Atenas, se consideró su construcción, orientación, dirección del
viento y posición del aislamiento de la pared (Axaopoulos et al., 2014)
Debido a la antigüedad de los edificios europeos, es que surge la necesidad de
rehabilitar de manera segura y eficaz, por esto la remodelación de las paredes
exteriores es una de las labores más urgentes a realizar. Contando con variadas
soluciones optimas (pudiendo ser métodos de evaluación similares) de este tipo
en Europa, que se deben a las diferencias en la edad y la calidad del parque
inmobiliario, numerosas tecnologías de construcción y el valor histórico-culturales
de algunos edificios, afectados por las diferentes condiciones climáticas. “El
proyecto SUSREF Europea desarrolló métodos y conceptos para la remodelación
de las paredes exteriores. Afirmó que el desarrollo de un enfoque sistemático
común ayudaría a evitar riesgos, considera todos los aspectos importantes,
presta atención a los efectos a largo plazo, e igualmente comparar soluciones
alternativas. El enfoque SUSREF incluye 15 aspectos y durabilidad es uno de los
más importantes de éstos”. Cubriendo los aspectos esenciales de rendimiento a
considerar en el desarrollo de mejoras y nuevas soluciones en relación a la
remodelación de las paredes exteriores. La durabilidad de los materiales de
construcción, expuestos a las diferentes condiciones climáticas como lo es la
humedad, temperatura, radiación solar, contaminantes y lluvia directa, lo que
produce su deterioro, afectando a cada tipo de material de forma diferente, pero
los factores preponderantes es la humedad y la temperatura, afectando
10
significativamente el rendimiento de todos los materiales de construcción,
afectando la vida útil del edificio (Hradil et al., 2014).
Por otro lado la resistencia total térmica de la fachada tiene también un papel
importante, ya que depende sobre todo del espesor de la capa de aislamiento
térmico, calculada sobre la base de la legislación del país en relación con el nivel
de comodidad exigida por los usuarios. Los diseñadores deben ser conscientes
de que más gruesa sea la capa de aislamiento, más alta es la cantidad de
condensación en la superficie, debiéndose a que el flujo de calor por conducción
procedente del interior disminuye (Barreira & Freitas, 2014).
2.4 Estudios y experiencias anteriores
Una gran preocupación en la sociedad es el crecimiento de moho, levaduras,
hongos enraizamiento de madera y bacterias las cuales pueden crecer en
edificios húmedos. Esta humedad podría ser causante del aumento de emisiones
de compuestos orgánicos volátiles debido a la degradación de los materiales de
la pared/suelo. Esto se asocia directamente a los síntomas alérgicos presentados
en niños. En general, los olores asociados con el tiempo de construcción del
edificio, desaparecieron cuando se controlaron otros factores en la construcción
(Wang et al., 2013).
Debido a sus ventajas térmicas, bajo costo y facilidad de aplicación e instalación
sin molestar a los habitantes del edificio, los Sistemas Térmicos Externos de
Aislamiento Compuesto (ETICS) son muy utilizados en Europa, pero este método
ha presentado graves problemas de desfiguración en el revestimiento debido al
crecimiento biológico que presentan. Estudios indican que este crecimiento se
debe al alto contenido de humedad en la superficie, que en la mayoría de las
veces es el resultado de la condensación, lluvia impulsada por el viento y el
proceso de secado, encontrándose también grietas a lo largo de la junta de los
paneles de aislamiento o en las esquinas de las ventanas, suciedad debido a la
lluvia, falta de adherencia provocando su colapso parcial o total, no obstante
11
estos defectos pueden ser producto de errores en el diseño o mala ejecución,
aun así hay otros defectos relevantes que son característicos del sistema. La
comunidad científica ha estudiado estos sistemas para medir las propiedades de
sus componentes e identificar los principales problemas y desarrollar posibles
soluciones (Barreira & Freitas, 2014).
Pero uno de los problemas aun existentes es la desfiguración de revestimiento
debido al crecimiento biológico, esto se debería al resultado de la humedad
superficial que se debe a la lluvia impulsada por el viento, el proceso de secado,
y las propiedades de la capa exterior. No obstante el comportamiento térmico y
mecánico del sistema se mantiene inalterable, esta desfiguración produce un
enorme impacto estético, restringiendo y desaprobando la aplicación de este
sistema (Barreira & Freitas, 2014).
Esta tecnología se utiliza en Europa desde los años 70, tanto en edificios nuevos
como para su remodelación, garantizando la reducción de los puentes térmicos
y un mayor confort debido a que proporciona mayor inercia térmica en el interior.
Constructivamente ETICS presenta paredes exteriores más finas y un aumento
de durabilidad en la fachada (Barreira & Freitas, 2014).
En Noruega los problemas de humedad representan el 76% de todos los defectos
inducidos por procesos en los recintos del edificio y el 24% de estos problemas
son causados directamente por precipitación. Por otra parte en Suecia, durante
las últimas décadas las estructuras ETICS no han sido muy popular debido
principalmente a los problemas que afectan a la durabilidad. Estas estructuras
están formadas por la incorporación de un aislamiento, en este caso de
poliestireno expandido (EPS), que va directamente en la barrera de viento y
marco de la pared. Según experiencia sueca realizada a través de encuestas a
más de 800 edificios, da como resultado que el problema se debe a la entrada de
humedad a la estructura debido a la lluvia impulsada en las juntas, conexiones
deficientes en las ventanas y/o puertas. Muchas veces el daño no es visible en
12
la superficie de la pared y siendo la única manera de detectarlo es midiendo las
condiciones de humedad dentro de la pared. El daño fue encontrado en todas las
direcciones de pared y en todas partes de Suecia, excepto en las regiones
septentrionales. La construcción de los cálculos físicos han demostrado que
cuando una pared con aislamiento exterior de EPS es expuesto a una fuga de
lluvia impulsada, se inducirá un mayor contenido de humedad en la lámina de
barrera de viento que si se aplica alternativamente lana mineral (Hradil et al.,
2014).
“De acuerdo con la Guía DITE 004, ETICS son sistemas que comprenden
paneles
aislantes
prefabricados,
en
condiciones
de
servidumbre
y/o
mecánicamente fijados a la pared, refuerzan la representación, que consiste en
una o más capas y se aplican directamente al aislamiento. Estos sistemas deben
proporcionar resistencia térmica mínima de más de 1 m2K / W. Normalmente, en
el mercado portugués, los paneles de aislamiento se expanden de poliestireno
(EPS), unida de forma adhesiva al sustrato y se cubre con una capa de base
reforzada con una malla de fibra de vidrio. La capa de acabado es una
representación de base acrílica delgada” (Barreira & Freitas, 2014).
La Figura 1 representa esquemáticamente un sistema ETICS disponible en el
mercado Portugués, el cual está conformado desde el interior por un sustrato,
poliestireno expandido (EPS), capa base, malla de fibra de vidrio, de manera
opcional un escudo de teclas, por último en el exterior cuenta con una capa de
base acrílica delgada (Barreira & Freitas, 2014).
13
Figura 1: Ejemplo esquemático de ETICS disponible en el mercado portugués.
Fuente: External Thermal Insulation Composite Systems : Critical Parameters for Surface
Hygrothermal Behaviour (Barreira & Freitas, 2014).
Por otro lado, para la lana mineral (MW) usada como asilamiento, alcanza su
límite de servicio (SLS) con respecto a la corrosión inducida por la carbonatación
en el núcleo externo original para 65 años aproximadamente, momento
considerado para su renovación. Para el poliuretano (PUR) los resultados
relacionados con las heladas y la corrosión fueron similares a la lana mineral
(Hradil et al., 2014).
Consecuentemente, la elección del material de fabricación puede traer una serie
de ventajas y desventajas como lo son, características, propiedades,
sostenibilidad, disponibilidad, economía e impactos ambientales. En las
sociedades cada vez es mayor la preocupación por el daño provocado al medio
ambiente, debido al tipo de prácticas y materiales usados, por esto se ha
aumentado la demanda y producción de productos “verdes” en construcción.
Consecuentemente existe la necesidad de integrar más bioproductos y recursos
naturales-renovables en este sector, por lo cual se ha extendido la producción y
promoción de aislamiento hecho de lana de oveja (Corscadden et al., 2014).
14
El uso de productos de construcción "verdes" van desde ”tejas hechas de
neumáticos reciclados para muros de contención, pavimentos y cubiertas hechas
de plásticos reciclados; de pavimentación permeable hecha de vidrio reciclado o
de plástico, a los productos interiores naturales, tales como pisos, paneles de
yeso y el aislamiento a partir de botellas de bebidas gaseosas recicladas.
Materiales agrícolas fibrosos como la paja, lino, algodón y cáñamo, también han
sido investigados como posibles productos aislantes, siendo todos ejemplos de
la tendencia hacia materiales sostenibles en la construcción de viviendas y otras
estructuras” (Corscadden et al., 2014).
Un estudio realizado en Nueva Zelandia “basado en el material producido de lana
indica que esta presenta propiedades similares a la fibra de vidrio, pero que la
lana también aísla las vibraciones, reduciendo el índice de sonido por hasta seis
decibelios”. La lana de oveja también presenta absorción de sonido mejor que la
lana mineral. Una investigación llevada a cabo en Nueva Zelanda e Irlanda del
Norte estudiaron las alternativas para materiales aislantes, encontrando que el
cáñamo y la lana de oveja, presentan densidades comparables por el hecho de
que ambas producen tasas similares de conductividad térmica. También se ha
encontrado que el grosor de la lana se relaciona positivamente con la resistencia
térmica, condición que se debe a que la densidad se encontraba por encima de
11 kg/m3 (Corscadden et al., 2014).
2.5 La importancia de reciclar: Reutilización de fibras textiles
Las fibras sintéticas comenzaron a utilizarse a mediados del siglo XX (Hawley,
2014) Siendo estas desarrolladas principalmente para satisfacer la gran
demanda de productos textiles. “Rayón y Nylon fueron los primeros en fabricarlos
y comercializarlos. Hoy en día, los textiles se fabrican a partir de un único tipo de
fibra o de una combinación de varias de estas, naturales o sintéticos,
proporcionando una gran variedad de productos finales” (Friburgo, 2009).
15
En la actualidad los residuos textiles se componen de materiales naturales y
sintéticos, como algodón, lana, poliéster, nylon y spandex. Siendo los textiles casi
100% reciclables, nada de estas fibras deberían ser desperdiciadas (Hawley,
2014). En general casi todas las fibras se pueden convertir en diversos productos,
sustituyendo los textiles ya anticuados y/o gastados. El volumen de residuos postconsumo es muy alta y comparable con la tasa de utilización de fibras. (Wang,
2010).
El reciclado de productos textiles es un asunto complejo dado que la industria del
reciclaje debe satisfacer todas las fibras presentes en la corriente de reciclaje,
siendo las mezclas de fibras un problema en el proceso de purificación, sin
embargo este método resultaría más eficiente si la ropa se fabricara de un solo
material facilitando el proceso de reciclaje (Hawley, 2014)
La producción mundial de fibra, ha ido en constante aumento, superando los 64
millones de toneladas por año. En U.S.A se alcanzaron 11,9 millones de
toneladas de residuos textiles, representando el 4,7% del peso total de residuos
sólidos urbanos (RSU), y un 15,9% de los residuos textiles recuperados en el año
2007. Con el 54% de los RSU destinados a botaderos, el 13% incinerados para
convertir residuos en energía y por último el 33% recuperado para reciclaje
(Wang, 2010).
Los residuos de materiales textiles tienen diversas posibilidades de aplicación,
como material reciclable. Estos desechos pueden tener origen en la industria
textil o simplemente en la ropa que ya no se utiliza. (Binici et al., 2010). Los
productos textiles desechados después de su vida útil, son los llamados residuos
post-consumo (Wang, 2010).
“La industria del reciclaje en Estados Unidos recicla anualmente sobre 3,8 mil
millones libras de residuos textiles post-consumo (PCTW). Esto representa
aproximadamente el 15% de toda la PCTW, dejando el 85% en los botaderos”.
16
Existiendo aun gran parte de residuos textiles que no llegan a la corriente de
reciclaje, esto según el Consejo de Reciclaje Textil del año 2013 (Hawley, 2014).
Recientemente, una serie de estrategias y tecnologías se han aplicado al reciclaje
de textiles el que incluye al Consejo de Reciclaje Textil (CTR), que tiene como
objetivo para el año 2037 contar con cero residuos. Propósito que llegaría a
cumplirse si la industria y los consumidores adoptan un enfoque holístico,
formando asociaciones estratégicas y aumentando el consumo consciente
(Hawley, 2014).
En Inglaterra se implementó un sistema de recolección de textiles a través de
contenedores urbanos, lo que dio como resultado solo un 17% para estas fibras,
un porcentaje muy bajo en comparación con el papel/cartón (51%) y vidrio (21%)
(Woolridge et al., 2006).
“En el Reino Unido, entre el 4 y el 5% de la corriente de residuos sólidos urbanos
se compone de ropa / textiles. Aproximadamente el 25% de esta es reciclado por
empresas como el Ejército de Salvación Trading Company Limited (SATCOL)
que proporcionan una infraestructura de recogida y distribución de ropa y zapatos
'donados'. Los textiles pueden ser reutilizados o se someten a una etapa de
procesamiento y entran en una corriente de reciclaje”. SATCOL recicla ropa y
textiles, mediante un sistema de recogida y distribución de donaciones de
prendas de segunda mano, lo que incluyen textiles, zapatos y accesorios
(Woolridge et al., 2006).
“En la Unión Europea (UE), alrededor de 5,8 millones de toneladas de textiles
son desechados por los consumidores al año. Sólo 1,5 millones de toneladas
(25%) de estos textiles son reciclados por las organizaciones benéficas y
empresas industriales. Los restantes 4,3 millones de toneladas va a botaderos o
a los incineradores de residuos municipales”. Existiendo una enorme cantidad de
materia prima secundaria no utilizada, que puede volver al mercado. Por esto se
deben las preocupaciones ambientales que dejan los residuos resultantes de la
17
industria textil que evidentemente han ido en aumento, situación que ha sido
abordada por las políticas europeas para definir leyes que regulen la gestión de
residuos (Binici et al., 2010).
El uso de fibras según su vida útil, se clasifican en; corto plazo, conocido como
fibras desechables; mediano plazo que incluye prendas de vestir, alfombras y
textiles del interior de automóviles; largo plazo son fibras destinadas para
construcción (Wang, 2010).
Según tecnologías relacionadas a la reutilización de fibras, existen cuatro
enfoques para reciclar residuos fibrosos, que se dividen en primarios,
secundarios, terciario y cuaternario. El primer enfoque implicar el reciclaje de
chatarra industrial; reciclaje secundario da lugar a un proceso mecánico de un
producto post-consumo; reciclado terciario involucra procesos como la pirólisis e
hidrólisis; el último enfoque incluye la incineración de los residuos sólidos fibrosos
utilizando el calor generado en forma de energía. (Wang 2010). Incluyendo
Friburgo 2009 que el enfoque primario implica reciclar el producto en su forma
original (Friburgo, 2009).
2.6 Otros usos de desechos textiles reciclados
“Es posible calcular la reutilización de 1 tonelada de prendas de vestir mediante
la deducción de la energía utilizado para reutilizar o reciclar 1 tonelada de ropa
de la energía utilizada para producirlo a partir de materiales vírgenes. Esto
proporciona un ahorro de energía neta de 64 951 kWh por prendas de algodón y
la reutilización de prendas de vestir de poliéster tiene un mayor ahorro de energía
neta de 89 811 kWh. La extracción de energía total asociada a la recogida,
clasificación, enfardado, la venta y la distribución de estas prendas es 2,6%
(algodón) y 1,8% (poliéster), respectivamente, de la energía requerida para su
fabricación a partir de materiales vírgenes” (Woolridge et al., 2006).
18
El aumento de la población es directamente proporcional a la necesidad de
nuevos y eficientes materiales de construcción. El sector de la construcción
presenta un alto consumo de recursos tales como agua, materiales y energía por
esto la urgencia del uso de soluciones constructivas más sostenibles. En
consecuencia para satisfacer esta demanda, algunos desechos industriales se
han utilizado en la creación de nuevos materiales. Estudios anteriores han
obtenido resultados valiosos para el uso de residuos industriales en diversas
formas de producción de hormigón (Binici et al., 2010).
Estudios realizados acerca de fibras naturales y sintéticas, hablan de la
posibilidad de utilizar fibras como polímero de refuerzo de hormigón. Siendo estas
también utilizadas, como refuerzo en el concreto ordinario Portland (Friburgo,
2009).
Los residuos textiles son materiales reutilizables que se pueden incluir en la
construcción de edificios teniendo diferentes posibilidades de aplicación. El
estudio de estos residuos se basa en el comportamiento de los tejidos cuando se
utilizan como ropa, sabiendo que la principal función de esta es proteger el cuerpo
humano del frio y calor como consecuencia mantener las condiciones de confort
térmico. Por esto que se han analizado los fenómenos de transferencia de calor
a través de los tejidos textiles. En este caso se estudiaron los residuos textiles
(WFW) y la perdida de este, llamado tejido de residuos sub tela (CMA) para la
construcción de material de aislamiento térmico. “El trabajo experimental se llevó
a cabo utilizando una doble pared externa, utilizando una caja de aire que se llenó
de estos dos tipos de residuos, para determinar sus características térmicas. Dos
caudalímetros de calor y cuatro sensores de temperaturas de la superficie se
colocaron en la superficie de la pared para determinar la conductividad térmica
de los desechos”. Se determinó el coeficiente de transmisión de calor (U) de la
pared doble con la caja de aire lleno, con estos resultados se calculó el valor de
la conductividad térmica de WFW y WFS. Obteniendo como resultado que la
19
aplicación de WFW y CMA en pared doble externa presenta un aumento en su
comportamiento térmico de56% y 30%, respectivamente (Binici et al., 2010).
La conductividad térmica de WFW resulto ser similar a los valores que se
obtienen para el poliestireno expandido (EPS), poliestireno extruido (XPS) y lana
mineral (MW), para la CMA el valor es aproximadamente igual a los obtenidos
para gránulos de arcilla, vermiculita o perlita expandida. Concluyendo que WFW
presenta mejores características de aislamiento que la CMA. En general, conocer
el rendimiento térmico, mecánico y físico de los diferentes tipos de tejidos textiles
y sus residuos es primordial para optimizar su uso como materia prima para la
aislación de edificios. Por esto, que la aplicación de residuos es considerada una
posibilidad de solución adecuada para aislamiento térmico, presentando también
variadas ventajas en el ámbito medioambiental, sostenible y económico (Binici et
al., 2010).
“Sin embargo, se necesita más trabajo de investigación con el fin de definir un
producto comercial que puede ser introducido en la caja de aire de paredes
dobles. Este producto debe ser similar a una colcha llena de estos residuos con
el fin de ser fijados a la pared” (Binici et al., 2010).
20
CAPÍTULO III: MARCO TEÓRICO
Chile es un país de más de 4.000 Km. recorrido de norte a sur. Por ser muy
alargado, es importante distinguir las zonas climáticas, contando con siete como
se muestran en la Figura 2, definidas por el Departamento Chileno de Vivienda y
Urbanismo (Oyarzo & Peuportier, 2014).
Figura 2: Distribución de las zonas climáticas en las regiones de Chile.
Fuente: Departamento Chileno de Vivienda de Vivienda y Urbanismo (Oyarzo & Peuportier,
2014).
21
Figura 3: Zona 5 y 6 Región de los Ríos.
Fuente: Manual de aplicación Reglamentación térmica Ordenanza general de urbanismo y
construcciones Artículo 4.1.10, segunda parte (2006).
Figura 4: Mapa zonificado de la Región de los Ríos.
Fuente: Manual de aplicación Reglamentación térmica Ordenanza general de urbanismo y
construcciones Artículo 4.1.10, segunda parte (2006).
22
Según el Manual de Aplicación de la Reglamentación Térmica (2006) “la
aislación térmica es la capacidad de oposición al paso de calor de un material o
conjunto de materiales, y que en construcción se refiere esencialmente al
intercambio de energía calórica entre el ambiente interior y el exterior”. Para
este caso, la zona 5 es la de interés, ya que para la ciudad de Valdivia serán
realizados los cálculos.
Según el Manual de aplicación Reglamentación térmica Ordenanza general de
urbanismo y construcciones Artículo 4.1.10, “se considera complejo de muro al
conjunto de elementos constructivos que lo conforman y cuyo plano de
terminación interior tenga una inclinación de más de 60º sexagesimales, medidos
desde la horizontal”.
Además, se emplearan una serie de conceptos relacionados a la aislación
térmica, obtenidos del Manual de Aplicación de la Reglamentación Térmica, NCh
849 (2007) y NCh 1071 (1984).

Capacidad calorífica (C): Se define por la ecuación C= dQ/dT. Cuando
la temperatura de un sistema aumenta en dT como consecuencia de la
adición de una pequeña cantidad de calor, la relación dQ/dT es la
capacidad calorífica.

Calor específico (c): Capacidad calorífica por unidad de masa. Se
expresa en J/(kg x K).

Conductividad térmica (λ): Cantidad de calor que en condiciones
estacionarias pasa en la unidad de tiempo a través de la unidad de área
de una muestra de material homogéneo de extensión infinita, de caras
planas y paralelas y de espesor unitario, cuando se establece una
diferencia de temperatura unitaria entre sus caras. Se expresa en W/mK.
Se determina experimentalmente según la norma NCh 850 (1983) o NCh
851 (1983).
23

Difusividad térmica (α): Conductividad térmica dividida por la densidad y
por el calor especifico de un material. Se expresa como α = λ / ρ x c y
medido en m2/s.

Envolvente térmica de un edificio: Serie de elementos constructivos a
través de los cuales se produce el flujo térmico entre el ambiente interior y
el ambiente exterior del edificio. Está constituida básicamente por los
complejos de techumbre, muros, pisos y ventanas.

Lana mineral: Material fibroso, obtenido a partir de materias silíceas
fundidas y sometidas a un procedimiento de estirado y/o soplado con aire
o vapor a presión, para convertirla en fibras muy delgadas. Las fibras
pueden unirse entre sí, por medio de la aplicación de un aglutinante
sintético.

R 100: Según la norma NCh 2251 (1994) es la resistencia térmica que
presenta un material o elemento de construcción, multiplicado por 100.

Resistencia térmica (R): Oposición al paso del calor que presentan los
elementos de construcción.

Resistencia térmica de una capa material, R: Para una capa de caras
planas y paralelas de espesor e, conformado por un material homogéneo
de conductividad térmica l, la resistencia térmica, R, queda dada por: R=
e/l, y se expresa en m2K/W.

Resistencia térmica total de un elemento compuesto (RT): inverso de
la transmitancia térmica del elemento. Suma de las resistencias de cada
capa del elemento: RT=1/U, y se expresa en m2K/W.

Transmitancia térmica (U): Flujo de calor que pasa por unidad de
superficie del elemento y por grado de diferencia de temperatura entre los
dos ambientes separados por dicho elemento. Corresponde al inverso de
la resistencia térmica total RT de un elemento y se expresa en W/m2K. Se
determina experimentalmente según la norma NCh 851 (1983) o bien por
cálculo como se señala en la norma NCh 853 (2007).
24
3.1 Normativa

NCh 849 of. 87 “Aislación Térmica – Transmisión Térmica – Terminología,
Magnitudes, Unidades y Símbolos”: Define magnitudes físicas usadas en el
campo de la aislación térmica, especialmente en el diseño de edificios, además
de especificar los símbolos y unidades correspondientes.

NCh 853-2007 “Acondicionamiento Térmico – Envolvente Térmica de Edificios –
Cálculos de Resistencias y Transmitancias Térmicas”: establece procedimientos
de cálculo para determinar resistencias y tramitancias térmicas de la envolvente
térmica, procedimientos basados en el supuesto que el flujo térmico se desarrolla
de acuerdo a la ley de Fourier, en régimen estacionario.

NCh 1071 of. 84 “Aislación térmica – Lana mineral – Requisitos”: Establece
requisitos para la lana mineral en general, sea en forma suelta, granulada, en
colchonetas libres o revestidas por una o dos caras, o bien en planchas rígidas o
semi-rígidas, planas o en forma de caños premoldeados. También se aplica a la
lana mineral recubierta con diferentes materiales.

Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico del
MINVU: que presenta detalles constructivos elaborados según NCh 853 (2007)
“Acondicionamiento térmico – Envolvente térmica de edificios – Cálculo de
resistencias y tramitancias térmicas”.

Manual de aplicación Reglamentación térmica Ordenanza general de urbanismo
y construcciones Artículo 4.1.10 (2006): Contiene información reglamentaria
sobre el tema, incorporando además capítulos destinados a facilitar la
compresión de cada aspecto y a ejemplificar soluciones genéricas.
3.2 Procesos reciclado textil
El reciclaje textil es el proceso de reutilización de ropa, la cual a terminado su
vida útil como prenda de vestir. El primer paso para reutilizarla es la recolección,
que pueden ser donados o presentes en contenedores de residuos urbanos
25
destinados para estos textiles, luego tal materia prima es cortada o triturada y
mezclada con algún tipo de aglomerante, para moldearla y dando forma
finalmente al panel aislante.
De manera más industrializada, los principales procesos que se distinguen de
una instalación de reciclado textil son:
Corte y preparación: Dar tamaños adecuados a textiles, para mejor trabajabilidad
y rendimiento al momento de transportarlos.
Trasporte,
almacenamiento
y
carga:
Los
textiles
son
transportados
neumáticamente hasta silos de almacenaje donde el material puede reposar
hasta su entrega a los cargadores de alimentación neumática para el proceso de
deshilachar.
Desfibrado y embalado: Las fibras se embalan a alta presión en fardos para
proporcionar un mejor transporte.
Filtrado: Material es filtrado de polvo y fibrillas.
3.3 Solución constructiva para rehabilitación de fachada exterior en
edificios carentes de confort térmico
Para este caso se utilizara un panel fabricado de residuos textiles, el que será
utilizado como
aislación térmica. Los pasos para la creación optima de la
estructura aislante será la siguiente.
3.3.1 Determinar el aglomerante óptimo a utilizar para el panel de residuos
textiles, realizando probetas de prueba.
3.3.2 Determinar conductividad térmica del panel. Con las probetas ya secas,
se procede a la instalación de sensores y montaje de sistema para utilizar
iButton y con este medir de forma práctica las temperaturas dentro y fuera
de probetas.
Construir probetas cilíndricas hueca y dotarla de sensores (iButton), como se
muestra en Figura 5, para ser introducida en horno con ventilador para
26
convección forzada y medir temperaturas, finalmente utilizar software HTTonedt
para determinar conductividad térmica sobre la base de las temperaturas
medidas.
a) Medición de temperaturas
Los sensores se encuentran aislados con poliestireno expandido con el objetivo
que el sensor indique la temperatura efectiva a la superficie a medir, los cuales
se ubican con su cara en la probeta. iButton son sensores de temperatura que
vienen con un chip de tal manera que la temperatura pueda ser pueda ser medida
a través de un impulso al computador, por medio de un adapter.
b) Medición del tiempo de igualación de temperaturas
Para poder obtener con software HTTondt el valor de conductividad del material
debe ingresarse el tiempo que demora el ensayo con las probetas en el horno,
en igualar todas las temperaturas. Esta medición se realiza observando las
temperaturas, visualizadas mediante iButton.
c) Cálculo conductividad
Se hace a través del software iButton considerando los datos de entrada al
programa, los cuales son: Densidad del material aislante, tiempo en que los
cuatro sensores igualaron sus temperaturas, momento en que se finaliza el
ensayo con iButton, temperatura inicial con la que se inicia la medición de tiempo,
temperatura final con la que se termina el ensayo, longitud característica que
corresponde al radio exterior de cada probeta y coeficiente de conversión valor
que depende del tipo de horno utilizado.
d) Cálculo de muro para rehabilitación en edificios por el exterior
Se realiza de acuerdo a NCh 853 (2007) y Listado Oficial de Soluciones
Constructivas para Acondicionamiento Térmico en Muros (2007). Para finalmente
obtener conclusiones de acuerdo a los resultados de las etapas precedentes,
todo de acuerdo al cumplimento con la zona térmica 5, que corresponde a la
ciudad de Valdivia.
27
3.4 iButton
Es un chip inserto dentro de un encapsulado de 16mm de espesor de acero
inoxidable que posee un sensor de temperatura que actúa como termómetro
digital leyendo la temperatura ambiental u objeto al cual se encuentra adosado,
permite registrar datos de temperatura y humedad. Con él es posible observar la
temperatura actual del ambiente u objeto, en un rango que va desde los -55°C
hasta los 100°C. (IButton 2015)
3.5 Instalación y ensayo
iButton es un simulador, el cual con un dispositivo (adapter) transfiere la
información desde los sensores hacia un computador. La probeta que se usara
es hueca.
Para proceder a usar iButton se mide la masa, volumen, densidad, altura,
espesores de pared y fondo de los cilindros de cada probeta, se deben tener
tapas las que serán del mismo material de las probetas o de poliestireno
expandido de 30mm de espesor, para esto las tapas deben ser más grande que
el diámetro exterior, luego se sellan las junturas con cola fría o silicona caliente
para que no entre aire caliente.
28
Figura 5: Disposición sensores en probeta cilíndrica hueca.
Fuente: Elaboración propia.
T1= temperatura del aire al interior del horno
T2= temperatura pared exterior del cilindro
T3= temperatura pared interior del cilindro
T4= temperatura del aire interior del cilindro
Si el cilindro tiene fondo, la medida puede ser sobre la pared plana del fondo,
apoyando los sensores T2 y T3 por fuera y dentro del cilindro (cerca del centro),
como se muestra en Figura 5.
Cuando la medida se hace sobre la pared, apoyar los sensores metálicos T2 y
T3 por fuera y dentro respectivamente. T2 se asegura con dos elásticos y T3 se
acuña por dentro contra la pared opuesta. Ubicarlos cerca pero no en línea para
que no “abriguen” el mismo punto, alterando la medida.
29
T2 y T3 tienen bloques largos para evitar que el calor captado por el alambre,
caliente el sensor. T1 y T4 no necesitan protección.
Los bloques T1 y T4 se apoyan cerca de la probeta (en horno) y en el interior de
la probeta respectivamente.
El horno donde se montara el sistema debe tener ventilador para convección
forzada. Se cierran completamente las ventilaciones con el exterior para que los
cambios de temperatura sean rápidos.
Luego el sistema se pone en el horno precalentado a 25 ºC, se mantiene cerrado
hasta terminar la medición. Esperar sin registro hasta que todas las lecturas se
estabilicen en torno a T1.
Registrar la temperatura inicial de cada sensor y subir la temperatura del horno a
75ºC (no aplicar más de 75ºC para que no se deformen los bloques de
poliestireno expandido), realizar el registro cada 3 minutos o menos, si este es
manual, se anota el tiempo hasta el segundo que se hizo cada lectura, si es con
planilla, la medida del tiempo es automática. Cuando el horno llegue a 75ºC los
cambios serán más lentos, por esto las lecturas se aran cada 10 minutos. El
ensayo termina cuando todas las lecturas están cerca de T1±1ºC.
La función principal de T4 es vigilar que no entre aire caliente a la probeta. T4
debe ser la lectura de variación más lenta, si tiene una subida brusca, significa
que hay una filtración, entonces resellar y empezar de nuevo.
3.6 Cálculo
Se usa el programa HTTonedt – One-Dimensional, Transient Conduction.
Método basado en el número de Fourier. El cálculo consiste en iterar con
valores de conductividad térmica y calor especifico, hasta calzar con el tiempo
que los sensores igualaron sus temperaturas, medidas estas con iButton.
HTTonedt se enfoca fundamentalmente al cálculo de una solución de
volúmenes finitos (FVM), aplicados a paredes planas, cilindros y esferas
30
infinitas, es decir, las tres geometrías que utilizan en las listas de Heisler.
(HTTonedt, 2015)
3.7 Descripción de la solución constructiva
Las mediciones serán para un edificio sin aislamiento térmico en sus paredes
exteriores, de hormigón armado al cual se le adosara el aislante fabricado de
residuos textiles, basado en solución constructiva EIFS Cielpanel hormigón
Armado, como se muestra a continuación.
31
Figura 6: Solución constructiva. Fuente: Listado oficial de soluciones constructivas
para acondicionamiento térmico en muros (2007).
32
3.8 Cálculo según normativa Chilena
Según Figura 6 los valores a comparar son las resistencias térmicas de superficie
en m2 * K/W, se usara ecuación para flujo horizontal en elementos verticales o
con pendiente mayor de 60º respecto a la horizontal, mostrada en la Figura 7.
Figura 7: Resistencias térmicas de superficie en m2*K/W.
Fuente: NCh 853-2007.
Según NCh 853-2007 punto 5.3.1 Elementos compuestos por varias capas
homogéneas:
Rt = 1/U = Rsi + ∑e/ λ + Rse
En que:
∑e/ λ = Sumatoria de las resistencias térmicas de las capas que conforman el
elemento.
Rsi = Resistencia térmica de superficie al interior.
Rse = Resistencia térmica de superficie al exterior.
Tener en cuenta estas resistencias, para trabajar con conductividades térmicas
expuestas en Figura 6 y concluir.
33
CAPÍTULO IV: METODOLOGÍA
4.1 Elección del aglomerante
Como primer paso se recolectan textiles, los cuales han terminado su vida útil
como prenda de vestir, se cortaron con tijera en tiras y al obtener materia prima
suficiente se procede a probar distintos tipos de aglomerantes como: almidón,
engrudo, adhesivo para papel mural, cola fría y yeso.
4.2 Preparación
Almidón: tres medidas de almidón de maíz por tres medidas de agua fría, una
vez diluidos se agregan 8 medidas de agua hirviendo y se cocina a fuego medio
por 10 minutos.
Engrudo: tres medidas de harina por cuatro medidas de agua, una vez diluido se
agregan 5 medidas de agua hirviendo, dejar a fuego medio hasta que comience
a hervir.
Adhesivo para papel mural: diluir 1kg de adhesivo por 1 litro de agua.
Cola fría: diluir 1kg de cola fría en 1 litro de agua.
Yeso: diluir 1kg de yeso en 3 litro de agua.
Para probar los 5 tipos de aglomerantes se realizó básicamente la misma
metodología, explicando detalladamente la prueba con almidón.
1. Fabricar un moldaje de madera de dimensiones 30x30x6 cm, (sin fondo ni tapa)
al cual se le puso una arpillera (como el fin de contener la muestra) como se
observa en Figura 8.
2. Preparar el aglomerante, en este caso almidón.
3. Dejar enfriar y mezclar con los textiles cortados hasta que quede totalmente
embebido.
4. Poner el material en el moldaje, compactando por capas.
5. Finalmente dejar secar a temperatura ambiente, para retirar moldaje y llevar a
horno hasta que alcance masa constante.
34
Figura 8: 5 pasos para prueba de aglomerante.
Fuente: Elaboración propia.
Una vez concluido este proceso con los 5 aglomerantes de prueba, se escoge
el yeso esencialmente por trabajabilidad, uniformidad y mejor comportamiento
como muestra terminada, para usar en el siguiente paso de fabricación de las
probetas cilíndricas.
4.3 Instalación
Para las 3 probetas de textiles reciclados con yeso (Figura 9), de forma cilíndrica
y de diferentes espesores, se realiza toma de datos presentados a continuación;
con Volumen: Vcilindro= Π r2 · h (m3) y Densidad= masa/volumen (kg/m3).
Figura 9: Probetas de forma cilíndrica huecas (1, 2 y 3)
Fuente: Elaboración propia.
35
Tabla 1. Toma de datos de probetas
Espesor pared (cm)
5.5
3.5
2.5
Espesor fondo (cm)
4.5
3.5
3.5
Altura exterior (cm)
17.3
17.5
21.5
Altura interior (cm)
12.8
14
18
Masa (Kg)
3.519
1.936
2.135
Volumen (m3)
0.006721
0.003906
0.003699
Densidad (Kg/ m3)
523.541
495.648
577.183
Diámetro Exterior (cm)
25.5
21
20.5
Diámetro Interior (cm)
14.5
14
15.5
a)
Tapa inferior de plumavit
A las caras inferiores de cilindros, se adhieren tapas de plumavit de 50 mm. de
espesor, con medidas más grandes al diámetro exterior del cilindro, para
proceder a sellar la juntura exterior con silicona caliente.
Figura 10: Cilindros con tapa inferior.
Fuente: Elaboración propia.
b)
Instalación sensores
Nombrar sensores como muestra Figura 11; en T1, T2, T3 y T4, el sensor T4 es
el primero en instalar, ubicado en el fondo de la probeta (interior), su función es
medir la temperatura del aire interior del cilindro, luego colocar de manera
36
horizontal dentro de la pared el sensor T3, que es el encargado de medir la
temperatura interior de la pared del cilindro, seguido al sensor T2 puesto de
manera vertical en la pared exterior, asegurado con dos elásticos y encargado de
medir la temperatura de la pared exterior del cilindro.
Figura 11: Presentación de sensores e instalación sensores T2, T3 y T4.
Fuente: Elaboración propia.
c)
Montaje sistema
Proceder a sellar la probeta en su cara superior con silicona caliente, para luego
instalar T1, sensor ubicado cerca de la probeta que mide la temperatura del aire
interior del horno, finalmente llevar al horno y cerrar. Una vez terminada la
instalación se monta el sistema, conectar los caimanes blanco y negro como
muestra la Figura 12.
iButton reconoce de inmediato los sensores en pantalla, procediendo a tomar
mediciones. Aplicar el mismo procedimiento para las tres probetas.
37
Figura 12: Montaje del sistema.
Fuente: Elaboración propia.
4.4 Ensayo
iButton reconoce los sensores de la siguiente manera:
En la columna (Debug), la primera
fila de números marcada en celeste
corresponde al lector USB y las 4
lecturas siguientes corresponden a
los sensores, por ser filas muy
extensas, serán identificados con
los dos primeros dígitos, entonces
tenemos
que
T1=21;
T2=D5;
T3=7C y T4=BB.
Figura 13: Nombre sensores en iButton.
Fuente: Elaboración propia.
38
Luego de hacer click
en
sensores
presentados,
donde
aparece una pantalla
para
cada
sensor,
como se muestra en
Figura 14.
El sistema está listo
para medir. El registro
de temperaturas se
Figura 14: Presentación sensores en iButton.
Fuente: Elaboración propia.
realiza
de
forma
manual.
Se monta el sistema en un horno con ventilador para convección forzada;
MODELO: HD – 2P, CONSUMO: 3000W; VOLTS: 220; AMP: 14; certificado. Se
cierran completamente las ventilaciones con el exterior para que los cambios de
temperatura sean rápidos. Precalentarlo a 25ºC, el valor exacto lo lee T1, cerrar
y no volver a abrir hasta terminar la medición. Esperar sin registro hasta que las
lecturas se estabilicen en torno a T1.
Registrar las medidas y subir la temperatura a 75ºC (no aplicar más temperatura,
para que no se deformen los bloques de poliestireno expandido), registrar cada
2 minutos hasta que la temperatura del horno alcance los 75ºC, luego las
variaciones son más lentas, por lo que se espaciaran las lecturas cada 10
minutos. El ensayo termina cuando todas las lecturas están cerca de T1±1ºC.
La función de T4 es vigilar que no entre aire caliente a la probeta, siempre será
la lectura de variación más lenta.
39
4.4.1 Cálculo con programa HTTonedt – One-Dimensional, Transient
Conduction
Figura 15: Pantalla principal Software.
Fuente: Elaboración propia.
Al abrir programa aparece la siguiente pantalla:
Puesto que se ingresaran los datos como números adimensionales, se
selecciona la opción Dimensional Input, y se ingresan los datos de entrada para
cada probeta como se muestra a continuación:
Figura 16: Ingresar datos en Dimensional Input.
Fuente: Elaboración propia.
40
Units = SI
Material Properties:
Conductivity = Valor de conductividad a iterar, entre 0.1 – 1
Density = Densidad de cada probeta (ver Tabla 1).
Specific Heat = Valor de calor especifico a iterar, entre 1000 - 3000.
Pinchar en Thermal Diffusivity (difusividad térmica)
Geometry and Surface:
Geometry and Surface = Cylinder
Characteristic length = Corresponde al radio exterior de cada probeta, en metros
(ver Tabla 1).
Convection Coefficient = Los valores de coeficiente de convección oscilan de 25
– 250W/m2K, en hornos que tienen ventilador para convección forzada. (Para las
tres probetas fue usado 25 W/m2K) (Fuente: HTT_cook, Disponible en:
http://www.faculty.virginia.edu/ribando/modules/Cooking/)
Pinchar en Biot Number, el número de Biot, corresponde al producto del
coeficiente de transferencia de calor por convección y la longitud característica
(para el caso del cilindro corresponde al radio) dividido en la conductividad termal.
Stopping Criterion:
Specified Elapsed Time = Seconds, corresponde al tiempo en segundo en que
duro cada medición con iButton.
Pinchar en Fourier Number, el número de Fourier, corresponde al producto de
la difusividad térmica y el tiempo transcurrido dividido en la longitud característica
al cuadrado.
41
Temperatures:
Tinitial = Corresponde a la primera medida de temperatura en ºC, leída por sensor
T1 en tiempo 0, valor marcado en color rojo, indicado en Tabla 2, 3 y 4
respectivamente.
Tfluid = Corresponde al promedio aproximado de los valores de T1 después de 2
horas cuando la temperatura dentro del horno está estable. (Valores en color
azul, indicado en Tabla 2, 3 y 4 respectivamente)
Pinchar en Update/Retum, para que se carguen los valores, volver a pantalla
principal.
Thermal
Diffusivity,
Biot
Number,
Fourier
Number,
son
números
adimensionales que usa el programa para realizar la simulación. Al pinchar se
calculan los parámetros como se muestra en Figura 16.
Finalizado el punto anterior, pinchar en punto dos Initialize para que comience la
simulación y luego hacer click en el punto 3 Start, pasos indicados en Figura 17.
Apareciendo la siguiente pantalla, donde el cuadro ubicado en la esquina superior
derecha simula el calentamiento del cilindro.
Figura 17: Pantalla 1, al pinchar Initializate, pantalla 2 al pinchar Start.
Fuente: Elaboración propia.
42
Una vez terminada la simulación, hacer click en File y Save Data, aparece la
siguiente pantalla. Recuperar datos en planilla Excel.
Figura 18: Pantalla Save Data.
Fuente: Elaboración propia.
Aparecen 6 columnas:
Time: Tiempo que administra el programa.
x/L = 0.0 : Temperatura eje del cilindro.
x/L = 0.2 : Temperatura a 20% del radio del cilindro
x/L = 0.4: Temperatura a 40% del radio del cilindro
x/L = 0.6 : Temperatura a 60% del radio del cilindro
x/L = 0.8 : Temperatura a 80% del radio del cilindro
x/L = 1.0 : Temperatura a 100% del radio del cilindro
Entonces pasar el tiempo simulado por el programa a tiempo real y eso se realiza
con la siguiente ecuación: Time / Fourier Namber X Seconds; el número de
Fourier lo arroja el programa para cada simulación y seconds es el tiempo en
segundo que demoro la toma de datos con iButton.
43
Buscar T3 real, para lo cual usar la siguiente relación; Diámetro interior / Diámetro
exterior. Para la probeta 1 = 0.57, probeta 2 = 0.67 y probeta 3 = 0.76, se debe
interpolar datos de probeta 1 entre x/L = 0.4 y x/L = 0.6 y así con las demás.
Para probeta 1 los datos de columna x/L = 0.4 usar: Tinicial + (Tfinal – Tinicial)*
datos para 0.4 arrojados por el programa, de forma similar calcular columna x/L
= 0.6, para obtener columna x/L = 0.57, continuar calculando T2, y se realiza de
forma similar a T3; Tinicial + (Tfinal – Tinicial)* datos para x/L = 1.0.
Antes de usar estos resultados, graficar T2 en función de T3, obtenidos del
registro de temperatura. T2 es el sensor que indica la temperatura en la parte
externa del cilindro y T3 indica la temperatura interna del cilindro. Luego graficar
resultados obtenidos en la simulación, si ambas curvas coinciden significa que
son correctos los datos de conductividad y capacidad calórica ingresados, si no
es así repetir todo el proceso hasta que calcen.
44
CAPÍTULO IV: RESULTADOS
5.1 Medición de temperaturas en probetas 1, 2 y 3.
Cuadros de registro de medición de temperaturas con iButton para cada una de
las tres probetas.
Probeta 1
T1
T2
T3
T4
Tiempo
ºC
ºC
ºC
ºC
Minutos
30.1
31.2
35
40.2
45.8
51.6
56.6
61.9
66.8
70.6
72.3
72.3
72.4
73.6
75.4
76
75.1
75.5
75.9
74.6
75.5
76
75.4
75.6
75.9
76
75.9
76
76.2
75.4
75.4
30.2
30.3
31.3
32.9
34.8
37.3
39.5
42
44.4
46.8
48.3
49.3
49.9
50.8
51.9
55.4
57.7
59.3
60.5
61.4
63.1
64
64.8
65.6
66.2
66.9
67.5
68.1
68.7
69.1
69.3
29.8
29.9
30
30.1
30.1
30.2
30.3
30.3
30.4
30.4
30.6
30.8
31.1
31.3
31.7
34.4
37.5
40.7
43.5
46
48.2
50.2
52
53.7
54.9
56.3
57.3
58.5
59.6
60.6
61.5
28.5
28.9
29
29.1
29.2
29.3
29.4
29.4
29.6
29.7
29.8
30
30.2
30.4
30.6
32.6
35.1
37.9
40.7
43.3
45.6
47.8
49.8
51.6
53.1
54.6
55.8
57
58.1
59.2
60.1
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
38
48
58
68
78
88
98
108
118
128
138
148
158
168
178
188
45
75.1
75.8
76.1
76.3
75.9
75.8
74.8
76.3
74.5
75.8
76.3
76.1
76.2
75.9
76
76.1
75.7
76.1
76.1
75.8
76
75.8
76
75.9
75.8
75.8
75.9
75.9
76
76
76
75.9
75.6
75.5
75
75
69.6
70.1
70.6
70.9
71.2
71.4
71.4
72.1
71.8
72.6
73.1
72.7
73.1
73.1
73.4
73.6
73.7
73.9
74
74.1
74.4
74.4
74.5
74.8
74.8
74.8
74.9
75
75.1
75.1
75.1
75.1
75.1
75.2
75.2
75.1
62.4
63.1
63.9
64.4
65.2
65.8
66.4
66.9
67.4
67.8
68.3
68.7
69.1
69.4
69.8
70.1
70.4
70.8
71.1
71.4
71.6
71.8
72.1
72.3
72.5
72.7
72.9
73.1
73.3
73.4
73.6
73.7
73.8
73.9
74
74.1
61
61.9
62.6
63.3
64
64.6
65.3
65.8
66.3
66.8
67.3
67.7
68.1
68.5
68.9
69.3
69.6
69.9
70.2
70.6
70.8
71
71.3
71.6
71.8
72
72.3
72.5
72.7
72.8
73.1
73.2
73.3
73.5
73.6
73.7
198
208
218
228
238
248
258
268
278
288
298
308
318
328
338
348
358
368
378
388
398
408
418
428
438
448
458
468
478
488
498
508
518
528
538
548
Tabla 2: Mediciones temperaturas probeta 1.
Fuente: Elaboración propia.
46
Probeta 2
T1
T2
T3
T4
Tiempo
ºC
ºC
ºC
ºC
Minutos
24.5
24.9
26.3
30.6
35.8
41.4
46.9
53.8
58.2
63.3
67.6
70.6
72.8
73.7
73.8
73.9
73.9
74.1
75.3
75.9
75.9
75.7
75.9
75.6
75.4
75.9
75.7
75.9
75.9
75.6
75.9
75.3
75.3
75.9
75.6
75.4
75.8
24.5
24.6
24.9
26.1
27.9
30.4
32.8
35.6
38.1
40.4
42.7
44.8
46.6
47.4
47.9
48.3
48.9
49.8
50.8
53.8
56.2
57.9
59.6
60.6
61.5
62.4
63.1
63.7
64.2
64.4
64.9
65
65.3
66
66
66.3
66.7
24.4
24.4
24.4
24.4
24.4
24.4
24.5
24.9
25.4
26
26.9
27.9
29.1
30.3
31.6
32.9
32.1
35.3
36.3
41
44.5
47
48.9
50.5
51.9
53
54
55
55.9
56.8
57.6
58.4
59
59.7
60.4
61.1
61.6
24.2
24.2
24.2
24.2
24.2
24.2
24.3
24.3
24.5
24.6
24.9
25.3
25.8
26.4
27
27.7
28.4
29.3
30.1
34.3
37.9
41
43.8
45.9
47.9
49.4
59.7
51.8
52.8
53.5
54.3
54.8
55.4
55.9
56.4
57
57.4
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
46
56
66
76
86
96
106
116
126
136
146
156
166
176
186
196
206
216
47
75.4
75.6
75.5
75.8
75.9
75.6
75.9
75.9
75.4
75.9
75.9
75.8
75.9
75.9
75.8
75.6
75.9
75.8
75.8
75.9
75.9
75.8
75.7
75.9
75.9
75.9
75.5
75.4
75.9
75.8
75.6
75.6
75.6
75.8
75.9
75.9
75.8
75.8
75.9
75.6
66.9
67.3
67.5
67.9
68.1
68.4
68.9
69.1
69.2
69.8
70
70.2
70.5
70.8
70.9
71.1
71.4
71.6
71.8
72
72.3
72.3
72.4
72.6
72.8
72.9
72.9
72.9
73.2
73.3
73.3
73.3
73.4
73.5
73.6
73.8
73.8
73.9
74.1
74.1
62.3
62.9
63.4
64
64.5
65
65.5
66
66.4
66.9
67.3
67.7
68.1
68.4
68.8
69.1
69.4
69.7
69.9
70.2
70.4
70.7
70.9
71.1
71.3
71.5
71.7
71.8
71.9
72.1
72.3
72.3
72.4
72.6
72.6
72.8
72.9
73
73.1
73.2
57.9
58.4
58.9
59.4
59.9
60.3
60.8
61.2
61.7
62.1
62.6
63
63.4
63.9
64.3
64.7
65.1
65.4
65.8
66.1
66.5
66.9
67.2
67.5
67.8
68.1
68.4
68.7
68.9
69.2
69.4
69.7
69.9
70.1
70.3
70.6
70.8
70.9
71.1
71.4
226
236
246
256
266
276
286
296
306
316
326
336
346
356
366
376
386
396
406
416
426
436
446
456
466
476
486
496
506
516
526
536
546
556
566
576
586
596
606
616
48
75.6
76
75.8
75.8
75.9
75.3
74.5
75
74.1
74.2
74.2
74.4
74.4
74.1
73.9
74
73.3
73.4
73.4
73.6
73.6
73.8
73.8
73.8
71.5
71.7
71.9
72.1
72.2
72.4
72.5
72.6
626
636
646
656
666
676
686
696
Tabla 3: Mediciones temperaturas probeta 2.
Fuente: Elaboración propia.
Probeta 3
T1
T2
ºC
ºC
25.1
26.6
28.6
31.8
36.4
40.6
44.6
48.1
52.7
56.8
60.9
64.4
67.9
69.8
71.7
72.3
72.3
72.3
72.3
73.2
74.7
75
75.6
25
25.8
26.7
28.1
30.5
32.9
35.6
38.1
40.3
42.6
44.8
47
49.1
51.1
52.9
54
54.8
55.1
55.6
56.7
57.9
59.1
62.5
T3
T4
Tiempo
ºC
ºC
Minutos
24.9
24.9
24.9
24.9
24.9
25.1
25.4
26
26.7
27.6
28.6
29.8
31.1
32.4
33.9
35.3
36.9
38.1
39.4
40.7
41.8
42.9
47.8
24.5
24.5
24.5
24.5
24.6
24.6
24.8
25.1
25.5
26.1
26.9
27.6
28.6
29.6
30.8
31.9
33.3
34.4
35.7
36.9
38
39.1
44.3
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
22
24
26
28
30
32
34
36
38
40
42
52
49
75.6
75.1
75.8
75.4
75
75.8
75.7
75.5
75.7
75.8
75.4
75.4
75.4
75.6
75.7
75.9
75.4
75.4
75.6
75.6
75.6
75.4
75.3
75.6
75.6
75.6
75.4
75.8
75.6
75.4
75.6
75.4
75.6
76
75.5
75.5
75.6
75.4
75.4
75.5
63.8
64.5
65.6
66.3
66.6
67.4
67.8
68.2
68.7
69.2
69.4
69.8
70.2
70.7
71.2
71.8
71.8
72
72.4
72.7
72.9
73.2
73.3
73.6
73.8
73.9
73.9
74.3
74.3
74.3
74.4
74.6
74.7
75
74.8
74.9
74.9
74.9
75
75.1
51.2
53.6
56.1
58
59.7
61.1
62.4
63.6
64.7
65.7
66.6
67.3
67.9
68.6
69.3
69.8
70.3
70.8
71.2
71.6
71.9
72.3
72.5
72.8
73
73.3
73.4
73.6
73.9
74
74.2
74.3
74.4
74.6
74.7
74.8
74.8
74.9
75
75.1
48.2
50.8
53.1
54.8
56.4
57.8
59.2
60.4
61.4
62.5
63.4
64.3
65
65.8
66.4
67.1
67.8
68.3
68.8
69.3
69.8
70.1
70.5
70.9
71.1
71.4
71.8
72
72.3
72.5
72.7
72.9
73.1
73.2
73.4
73.6
73.7
73.8
73.9
74.1
62
72
82
92
102
112
122
132
142
152
162
172
182
192
202
212
222
232
242
252
262
272
282
292
302
312
322
332
342
352
362
372
382
392
402
412
422
432
442
452
50
75.4
75.6
75
75.2
75.2
75.2
74.2
74.2
462
472
Tabla 4: Mediciones temperaturas probeta 3.
Fuente: Elaboración propia.
5.1.1 Gráficas de mediciones probetas 1, 2 y 3
Se grafica T2 en función de T3, obtenidos del registro de temperatura indicados
en tabla 2, 3 y 4 respectivamente.
Gráfico 1: Mediciones probeta 1.
Fuente: Elaboración propia
51
Gráfico 2: Mediciones probeta 2.
Fuente: Elaboración propia
Grafico 3: Mediciones probeta 3.
Fuente: Elaboración propia
52
Comentarios:
-
La probeta 1 fue estabilizada en 30ºC, antes de comenzar la medición cada dos
minutos y las probetas 2 y 3 a 25ºC.
-
T3 y T4 son las mediciones más lentas; sensores se encuentran en el interior
de la probeta, indica que probetas se encontraban bien selladas, por lo que no
hubo filtración de aire al interior.
5.2 Datos ingresados en Software para cada probeta
La siguiente figura muestra los datos ingresados en HTT_onedt para cada
probeta, donde se obtuvieron iterando los datos de conductividad térmica y
calor especifico.
Figura 19: Datos para simulación probetas 1, 2 y 3.
Fuente: Elaboración propia.
53
5.2.1 Gráficas simulaciones probeta 1, 2 y 3
Graficas obtenidas para cada probeta, según Anexo 1.
Gráfico 4: Simulación probeta 1.
Fuente: Elaboración propia
Gráfico 5: Simulación probeta 2.
Fuente: Elaboración propia
54
Gráfico 6: Simulación probeta 3
Fuente: Elaboración propia
5.2.2 Resultados de la determinación de la conductividad térmica
Los resultados que arroja la aplicación del software son los indicados a
continuación, a ellos se ha incorporado además, para el análisis correspondiente,
el valor del espesor y densidad de cada probeta.
Tabla 5. Resultados para cada probeta.
Probeta
1
2
3
-
Densidad
Kg/m3
524
496
577
Espesor
(mm)
5.5
3.5
2.5
Resultados con HTT_onedt
Conductividad W/mK
Calor especifico J/KgK
0.99
1900
1.06
3900
0.59
1200
Se observa que la conductividad del textil con yeso presenta un alto valor de
conductividad térmica, por lo que genera una mayor pérdida de calor.
-
El poliestireno expandido presenta conductividades que van de 0,0430 a 0,0361
W/mK, con densidades de 10 a 30 Kg/m3. La lana mineral libre presenta
conductividades que van desde 0,048 a 0,042 W/mK y densidades 40 a 130
Kg/m3. Conductividades y densidades notoriamente menores a las del material
propuesto.
55
-
Las maderas Alece y Rauli presentan densidades de 560 y 580 Kg/m3
respectivamente. Para plancha de corcho y enlucido de yeso con pelita presentan
densidades de 560 y 570 Kg/m3, valores cercanos a los obtenidos para el material
(ver Tabla 1), pero con conductividades mucho menores.
-
Para Maderas, tableros aglomerados de partículas que presentan densidad de
560 Kg/m3 y conductividad de 0.102 W/KgK, densidad cercana a las obtenidas y
conductividad parecida a la obtenida para probeta 2.
-
Los materiales presentan un alto calor específico, por lo que su capacidad de
absorber calor es directamente proporcional a su capacidad de ceder (enfriarse).
-
Aislante de ropa reciclada, posee alta densidad y masa en comparación a
poliestireno expandido y lana mineral, lo cual aumenta significativamente la masa
del edificio a rehabilitar.
-
Datos relacionados según NCh 853 (2007) y NCh 1071 (1984).
5.3 Determinación de la transmitancia térmica
Se establece la transmitanca térmica de un muro de rehabilitación usando 3
modalidades de aislante textil.
Se tomó como base las resistencias térmicas de la solución constructiva según
Listado oficial de soluciones constructivas para acondicionamiento térmico
MINVU 2007, EIFS Cielpanel hormigón Armado (Figura 6 Pag. 32), para lo cual
se ha retirado el material aislante poliestireno expandido y se ha reemplazado
sucesivamente por las tres modalidades de aislante textil.
Para poliestireno expandido, según zona 5
Espesor Aislante: 30 mm
Rt: 0.95 m2K/W
U: 1.05 W/m2K
Según NCh 853 (2007) punto 5.3.1 Elementos compuestos por varias capas
homogéneas:
56
Rt = 1/U = Rsi + ∑e/ λ + Rse
Para Rsi y Rse, ver Figura 7
Resistencia para polietileno expandido de densidad 15 Kg/m 3, espesor 30 mm y
conductividad 0.0413 W/mK (según Tabla A.1 NCh 853-2007), la resistencia
térmica es igual a 0.726 m2K/W.
La resistencia total de la solución (ver Figura 6) incluye: Rsi, Rse,
Rhormigónarmado, Rterminaciones y Rpoliestirenoexpandido
Restar resistencia de poliestireno expandido, lo cual arroja RtRpoliestirenoexpandido= 0.223 m2K/W, para luego reemplazar por resistencias
de aislante de panel textil.
La resistencia total para cada modalidad se calcula restando a la resistencia
total de la Figura 6, la resistencia del poliestireno expandido (e poliestireno/λ
poliestireno) y agregando la resistencia (e textil / λ textil) para cada modalidad
del aislante textil.
5.3.1 Cálculo resistencia total y transmitancia térmica para aislante de
textiles con yeso
Espesor Aislante: 25 mm
Resistencia para panel textil de espesor 25 mm y conductividad térmica 0.59
W/mK: e textil / λ textil = 0.025 / 0.59 = 0.0423 m2K/W
Calcular Rt con nueva solución:
Rt = (e textil / λ textil) + otras resistencias
Rt = ( 0.025 / 0.59 ) + 0.223
Para solución constructiva con panel textil de 25 mm, calcular resistencia total y
transmitancia térmica.
Rt = 0.2653 m2K/W
U = 3.7693 W/m2K
;Con U = 1/Rt
57
Espesor Aislante: 35 mm
Resistencia para panel textil de espesor 35 mm y conductividad térmica 1.06
W/mK: e textil / λ textil = 0.035 / 1.06 = 0.0330 m2K/W
Calcular Rt con nueva solución:
Rt = (e textil / λ textil) + otras resistencias
Rt = 0.0330 + 0.223
Para solución constructiva con panel textil de 35 mm, calcular resistencia total y
transmitancia térmica.
Rt = 0.2560 m2K/W
U = 3.9062 W/m2K
;Con U = 1/Rt
Espesor Aislante: 55 mm
Resistencia para panel textil de espesor 55 mm y conductividad térmica 0.99
W/mK: e textil / λ textil = 0.055 / 0.99 = 0.0555 m2K/W
Calcular Rt con nueva solución:
Rt = (e textil / λ textil) + otras resistencias
Rt = 0.0555 + 0.223
Para solución constructiva con panel textil de 55 mm, calcular resistencia total y
transmitancia térmica.
Rt = 0.2785 m2K/W
U = 3.5906 W/m2K
;Con U = 1/Rt
58
La columna gris, muestra los datos del panel EIFS Cielpanel hormigón armado
para zona 5, el presentado en solución constructiva y las columnas blancas
muestran los datos del panel fabricado con el panel propuesto de textiles con
yeso (ver Figura 6, pag. 32)
Tabla 6. Resistencia y transmitancia térmica del panel EIFS Cielpanel hormigón
armado.
Espesores (mm)
35
30
25
Poliestireno
expandido
Textil con yeso
Textil con yeso
Textil con yeso
Densidad (kg/m )
15
496
577
524
Conductividad
térmica λ (W/mK)
0,0413
0,59
1,06
0,99
Resistencia total Rt
(m2K/W)
0,95
0,2653
0,256
0,2785
Transmitancia
térmica U (W/m2K)
1,05
3,7693
3,9062
3,5906
Material aislante
3
55
59
CAPÍTULO VI: CONCLUSIONES
El presente trabajo de titulación se basa en una nueva metodología de aplicación
para la búsqueda del confort térmico en la rehabilitación de edificios en fachada
exterior, mediante el uso de materiales textiles reciclados.
Para ello, se utilizó yeso como material aglomerante para la fabricación de
probetas, escogido esencialmente por trabajabilidad, uniformidad y mejor
comportamiento en la muestra terminada.
Por otro lado, mediante el uso del software iButton se calcularon temperaturas
para cada probeta. Para ello, las probetas fueron selladas correctamente ya que
el sensor T4 era la variación de temperatura más lenta, lo cual era de esperar,
indicando que no había filtración de aire al interior de las probetas, por lo que el
ensayo fue realizado exitosamente. Posteriormente, utilizando el software
HTTonedt, se calcularon las transmitancias térmicas y usando la solución
indicada
en
el
Listado
Oficial
de
Soluciones
Constructivas
para
Acondicionamiento Térmico en Muros (2007) se identificó si cumplen para la
Zona 5 perteneciente a la ciudad de Valdivia.
A partir del software HTTonedt, se demostró que el aislante (por sí solo) presenta
una conductividad térmica muy elevada en comparación a la lana mineral y el
poliestireno expandido (materiales muy utilizados en la rehabilitación de
fachadas), por lo que no se efectuará una real disminución en el consumo
energético al aplicarlo como solución constructiva en edificios. Además, se
presentó una alta densidad, notoriamente mayor a los aislantes comunes.
Según el cálculo realizado acorde a la Norma Chilena NCh 853 (2007), y
comparadas con las transmitancias térmicas indicadas en la solución constructiva
60
Listado Oficial de Soluciones Constructivas para Acondicionamiento Térmico en
Muros (2007), los resultados obtenidos sobre las transmitancias triplican a las
permitidas para la zona 5 (correspondiente a Valdivia), además de que sus
resistencias totales son 3 veces menores.
Es por ello, que el residuo textil utilizado para esta investigación no cumpliría con
los requisitos exigidos por norma para la ciudad de Valdivia, aunque tampoco
para ninguna zona del país.
Sin embargo, como ninguna investigación está exenta de obtener escasos
resultados, se han buscado otras soluciones a este tipo de paneles aislantes.
Según lo investigado, sería posible fabricar estos materiales, aunque esta vez
con textiles reciclados, que sean menos densos y más porosos, para que
presenten características similares a los materiales que cumplen con normativa
para ser usados como aislantes.
Además, podrían utilizarse otros tipos de aglomerantes y/o en distintas
concentraciones, siendo aplicados en otras zonas de la construcción como por
ejemplo techos y pisos y analizando, a su vez, los costos de fabricación para este
tipo de paneles aislantes.
61
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63
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65
Anexo 1
Simulación probetas 1, 2 y 3
66
Simulación Probeta 1
T3
T2
ºC
ºC
29.8
29.9
30
30.1
30.1
30.2
30.3
30.3
30.4
30.4
30.6
30.8
31.1
31.3
31.7
34.4
37.5
40.7
43.5
46
48.2
50.2
52
53.7
54.9
56.3
57.3
58.5
59.6
60.6
61.5
62.4
63.1
63.9
64.4
65.2
65.8
66.4
66.9
67.4
67.8
68.3
68.7
69.1
69.4
69.8
70.1
70.4
70.8
71.1
71.4
71.6
71.8
72.1
72.3
72.5
72.7
72.9
73.1
73.3
73.4
73.6
73.7
73.8
73.9
74
74.1
30.2
30.3
31.3
32.9
34.8
37.3
39.5
42
44.4
46.8
48.3
49.3
49.9
50.8
51.9
55.4
57.7
59.3
60.5
61.4
63.1
64
64.8
65.6
66.2
66.9
67.5
68.1
68.7
69.1
69.3
69.6
70.1
70.6
70.9
71.2
71.4
71.4
72.1
71.8
72.6
73.1
72.7
73.1
73.1
73.4
73.6
73.7
73.9
74
74.1
74.4
74.4
74.5
74.8
74.8
74.8
74.9
75
75.1
75.1
75.1
75.1
75.1
75.2
75.2
75.1
tiempo
seg
Geometry: Infinite Cylinder
Biot Number:
3.2197
Fourier Number: 2.01047
Gamma:
0.5
tF0
0.0
0.2
20
0.00125
0
0
348
0.02125 5.0068E-06 5.2631E-05
675
0.04125 0.00103003 0.00303543
1002 0.06124998 0.00889647 0.01630455
1329 0.08124996 0.02841127 0.04173577
1656 0.1012499 0.05881441 0.07666665
1983 0.1212499 0.09695548 0.1176604
2310 0.1412499 0.1396846 0.1618727
2637 0.1612499 0.1845691 0.2072616
2964 0.1812499 0.2299152 0.252458
3291 0.2012499 0.2746109 0.2965873
3618 0.2212498 0.3179591 0.3391171
3966 0.2424998 0.3620827 0.3822176
4293 0.2624998 0.4015611 0.4206647
4620 0.2824998 0.4389566 0.4570096
4947 0.3024998 0.4742556 0.4912685
5274 0.3224998 0.5074944 0.5234956
5601 0.3424997 0.538739 0.5537679
5928 0.3624997 0.5680732 0.5821748
6256 0.3824997 0.5955896 0.608812
6583 0.4024997 0.6213852 0.6337769
6910 0.4224997 0.6455568 0.6571659
7237 0.4424996 0.6681995 0.6790728
7564 0.4624996 0.6894054 0.6995876
7911 0.4837496 0.7104605 0.7199552
8239 0.5037497 0.728976 0.7378651
8566 0.5237501 0.7463101 0.7546318
8893 0.5437506 0.7625375 0.7703276
9220 0.563751 0.7777281 0.7850204
9547 0.5837515 0.7919478 0.7987739
9874 0.603752 0.8052583 0.811648
10201 0.6237524 0.8177177 0.8236986
10528 0.6437529 0.8293802 0.8349786
10855 0.6637533 0.8402966 0.8455369
11182 0.6837538 0.8505148 0.8554198
11509 0.7037542 0.8600792 0.8646704
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