Transferencia de Calor por Conducción: Definición y Ejemplos

La arquitectura y la energía están estrechamente vinculadas: una de las principales funciones de nuestras edificaciones es mantener en su interior una temperatura del aire distinta a la temperatura del ambiente exterior. Para esto es necesario evitar, o al menos reducir, la transmisión del calor por la envolvente del edificio.

Mecanismos de Transferencia de Calor

Existen tres mecanismos principales de transferencia de calor:

• Conducción: La conducción transmite energía cinética entre átomos o moléculas adyacentes sin transporte de material.
• Convección: La convección es el transporte de calor por medio del movimiento de un fluido, entre zonas con diferentes temperaturas y consecuentemente un gradiente de densidad. Implica la mezcla de elementos macroscópicos de porciones calientes y frías.
• Radiación: La radiación de calor es parte de las ondas electromagnéticas. Por lo general, la energía es transportada por ondas infrarrojas.

¿Qué es el Calor?

Según la teoría cinética molecular de la materia, todas las sustancias están formadas por partículas en constante movimiento, que chocan entre sí. El movimiento de estas partículas determina la energía cinética o energía de movimiento de un cuerpo. El valor promedio de la rapidez del movimiento de las partículas que conforman a un cuerpo se denomina temperatura. Por lo tanto, esta propiedad constituye un parámetro que entrega información acerca de la energía interna del cuerpo. Ya mencionamos que el calor sigue un sentido determinado: desde el cuerpo de mayor temperatura a otro de menor.

Conducción: Propagación del Calor a Través de un Material

Conducción: es la propagación de calor al interior de un material que es sometido a una diferencia de temperatura. Por ejemplo, si el extremo de una varilla metálica se acerca a una llama, la temperatura de este objeto irá aumentando hacia el otro extremo. En este caso, las partículas del metal que están en contacto con la fuente de calor, vibrarán con mayor rapidez y amplitud, transmitiendo este movimiento a las partículas próximas. De esta forma, el calor se transmite hacia el extremo del cuerpo que no está en contacto directo con la llama.

Existen objetos que transfieren de mejor manera el calor que otros, por lo que se les clasifica en conductores o aislantes. Los conductores térmicos presentan átomos cuyos electrones son atraídos débilmente por los núcleos, por lo tanto pueden pasar de un átomo a otro, transfiriendo energía. Un ejemplo de conductores térmicos son los metales.

-Conducción:en este caso cuando se trata de una vivienda el calor se transporta por medios generalmente sólidos en contacto, pero puede ser también a través de líquidos o gases.

Después de esta introducción, podemos concluir que los aislantes térmicos que compramos para nuestra vivienda son una barrera o dificultad para la transferencia de calor por conducción.

Ejemplos de los otros tipos de transferencia de calor

Convección: corresponde a la transferencia de calor mediante el movimiento de fluidos, como el aire o el agua. Por ejemplo, si se calienta agua en una olla, el agua que está en el fondo y recibe el calor de manera más directa, disminuye su densidad y se eleva. Al mismo tiempo, el agua de la superficie, más densa, desciende.

-Convección: en este caso el calor se transporta a través de fluidos como aire o el agua y al mezclarse con un fluido de menor temperatura se genera la transferencia de calor.

Radiación: tanto en la conducción como en la convección, se requiere de un medio material para que se produzca la propagación del calor. Pero existe un mecanismo a través del cual el calor puede ser transmitido en ausencia de materia: la radiación. La energía del sol llega a la Tierra mediante este proceso. Todos los cuerpos del universo emiten calor por radiación, específicamente radiación infrarroja, que no podemos ver. El ejemplo más claro en la vida cotidiana y en las viviendas es la radiación solar, basta con colocar las manos al sol por una ventana y podemos sentir como el calor nos llega a través de la luz del sol, estos se llama radiación infrarroja (IR).

-Radiación: cualquier objeto caliente irradia calor sin necesariamente tener un medio o cuerpo sólido para conducirlo, y por lo tanto, nosotros; sólo acercándonos, pero sin tocar el cuerpo caliente, poder sentir que dicho cuerpo está emitiendo calor (una taza caliente, un radiador, etc.).

El Calor y sus Usos

El calor tiene múltiples usos, como en la calefacción de los espacios y en procesos industriales. Pero ¿cómo se obtiene el calor? El calor se puede conseguir como fuente energética primaria o secundaria. El calor primario se obtiene de fuentes naturales, como la geotermia, que corresponde al calor interno de la Tierra, y la energía solar.

En Chile, un 37% de la energía se destina para la generación de calor, y de este porcentaje cerca de un 47% se genera a partir del petróleo y un 32% de la leña. Los dos usos más importantes del calor en el país corresponden al manejo en la industria y a la calefacción de hogares, oficinas y centros comerciales, entre otros. En el sector Industrial, los procesos que requieren calor generan gran parte de las emisiones contaminantes de fábricas, refinerías u otros. Por otra parte, en el sector comercial, público y residencial, el calor es la mayor fuente de emisiones de gases contaminantes.

Hay que entender que el calor se transporta o se mueve siempre desde el cuerpo o zona más caliente hacia el cuerpo o zona más fría, entregando energía calórica hasta lograr el equilibrio térmico (ambos lados a igual temperatura).

Aislamiento Térmico y sus Propiedades

Los buenos aislantes térmicos no son necesariamente buenas barreras de radiación, y viceversa.

Aquí encontramos entonces la definición de Conductividad Térmica (?); que es la propiedad de los materiales que mide la capacidad de conducción del calor y en estricto rigor mide la cantidad de calor que pasa a través del aislante o material de una superficie y espesor dado cuando la diferencia de temperatura entre sus caras es de 1 °K (o 1°C que es lo mismo en magnitud) y se mide en W/mK, donde W es Watts (unidad de energía calórica), m es metros y K es grados Kelvin. Este valor se determina experimentalmente según la norma chilena NCh850 o NCh851 y se certifica en laboratorios autorizados (IDIEM, DICTUC o U. del Bio-Bio). Materiales con una menor conductividad térmica son materiales más aislantes (o menos conductores del calor).

La Resistencia Térmica (RT), tal como lo indica su nombre, es la capacidad de un material aislante o de la envolvente de una vivienda de resistirse u oponerse al paso del calor, y se mide en [m2K/W]. Para obtener una alta resistencia térmica, que es objetivo para una vivienda confortable y de bajo consumo energético, debemos instalar un aislante con baja Conductividad Térmica (?) y un gran espesor (e). Es de suma importancia, si usted está cotizando aislantes térmicos, uno de los principales datos que debe comparar junto con el precio final es la Resistencia Térmica (RT), ya que en términos prácticos esto es la aislación térmica que usted está comprando para su vivienda.

Hay otras características en los aislantes que se deben tener en consideración junto con el precio y la Resistencia Térmica, y estos tienen que ver con la factibilidad de poder instalar los aislantes de manera efectiva evitando puentes térmicos, la capacidad de ser un buen aislante acústico, entre otros detalles que analizaremos en otro post.

¿Qué significa el R100?

Este parámetro es obligatorio y aplica a todos los materiales de aislación térmica que cuenten con certificados de conductividad térmica (NCh 2251). El R100 es básicamente la Resistencia Térmica (RT) de un material aislante que para facilitar la comparación y entendimiento de los consumidores se multiplicó por 100.

Finalmente, nos queda la Transmitancia Térmica (U), que consiste en la cantidad de calor que pasa por un material o elemento de la envolvente por una superficie y espesor dado cuando la diferencia de temperaturas es de 1°K entre cada lado.

Y como última información importante que les dejamos, tiene relación con las Resistencias Térmicas (RT) Mínimas que nos exige la normativa en Chile en la Ordenanza General de Urbanismo y Construcciones (OGUC versión 2018) o en otras palabras la cantidad de calor máximo que permitiremos dejar pasar (Transmitancia Térmica (U)), ya sea hacia el exterior en invierno o hacia el interior en verano. A continuación, los valores de la normativa por zona de Chile siendo la zona 1 el norte y la zona 7 la región Austral de Chile.

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