Transmisión de Calor/ Conceptos Físicos y de Cálculo

Aislamiento

Cuando se busca aislar un ambiente en realidad lo que se pretende es disminuir la transferencia de calor, del interior al exterior en invierno y del exterior al interior en verano.
Será por lo tanto un buen aislante, todo aquello que disminuya el escape de calor en invierno y el ingreso en verano.

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Formas de transmisión del Calor

Para poder aislar correctamente hay que conocer como se transfiere el calor de donde hay más temperatura hasta donde hay menos temperatura.
a. Radiación
b. Conducción
c. Convección

Radiación

Es el pasaje del calor desde un material a mayor temperatura hacia el material a menor temperatura, mediante la emisión de rayos caloríficos o infrarrojos. Este fenómeno ocurre cuando hay un espacio o separación entre los dos materiales a distinta temperatura. El caso mas claro es el del Sol que por radiación entrega su calor a nuestro planeta. La energía calorífica pasará de un cuerpo caliente que emite a un cuerpo frío que absorbe.

estufaEjemplo: Una estufa a leña entrega su calor a la persona que está próxima a ella por radiación. El hierro caliente de la carcasa de la estufa emite rayos caloríficos que atraviesan el aire y llegan a las manos de la persona que se encuentra cerca.

Hay colores y texturas que permiten entregar mayor cantidad de calor por radiación. Son en general las superficies opacas y rugosas las que emiten mayor radiación.

Esta relación entre la radiación y el tipo de superficie se extiende también al material que recibe los rayos. Si el material frío tiene una superficie espejada, parte de los rayos caloríficos son repelidos o reflejados, dificultando la transferencia de calor.

NOTA: La radiación se manifiesta de manera visible (luz) o invisible. Justamente, la radiación que más calor transmite, es la infrarroja que es invisible. Este fenómeno sucede en el interior de techos y muros.

Otro ejemplo es lo que ocurre en los envases para conservar líquidos a temperaturas bajas o altas. Los llamados “termos”, donde dos botellitas de vidrio, espejadas están una dentro de otra separadas por un espacio donde la forma importante de transferir calor es la radiación. Al ser las superficies reflectivas (de baja emitancia) se consigue mantener el líquido interior a una temperatura distinta a la del ambiente por mucho tiempo.

Finalmente, la radiación, es decir la forma de transferir calor por medio de rayos caloríficos a través del aire, normalmente va acompañada por la conducción de calor a través de las moléculas de ese mismo aire. Como se vio al analizar la conducción el aire es mal conductor de calor, buen aislante, pero sin duda lo conduce.

camara-aireCuanto menor es el espesor de ese espacio de aire mayor será el efecto de conducción. Y también queda la transferencia de calor por los movimientos convectivos del aire. Que se verá en el próximo punto.

La radiación y las Cámaras de aire

El fenómeno de la transmisión de calor por radiación y la influencia del tipo de superficie, se puede apreciar en las cámaras de aire de los techos o muros.
En estos espacios la radiación es protagonista para transmitir el calor. Si colocamos POLYBUBTECH® sobre alguna de las caras de la cámara de aire disminuiremos sensiblemente el paso del calor.

Conducción

Es el pasaje del flujo de calor por contacto físico. Esta transferencia es causada por el movimiento molecular de los materiales.

Las moléculas del material con mayor temperatura tienen más energía de movimiento que va transmitiéndose a las moléculas de los materiales de menor temperatura por contacto directo.
Ejemplo: Una infusión caliente entrega calor a la taza cerámica por contacto directo y la taza cerámica transfiere calor a la mano que lo sostiene. Ambas transferencias son por conducción.

En este ejemplo podemos apreciar los factores que intervienen en la transmisión de calor por conducción:

No todo el calor de la infusión pasa inmediatamente a la mano, la cerámica tarda su tiempo en transferir el calor. Si fuese una taza de acero la mano percibiría rápidamente el calor. Esa característica que diferencia un material del otro para transmitir el calor se llama: Coeficiente de conductividad térmica ( λ: Lambda). Así, los materiales que por conducción transmiten rápidamente el calor tendrán una alta conductividad térmica (por ej. los metales) y los que tardan mas en transmitir el calor (por ej. la cerámica) tendrán una baja conductividad térmica.
Finalmente podemos encontrar elementos o materiales que tienen una muy baja conductividad térmica cono es el caso del aire, cuyas moléculas tardan mucho en transferir calor por conducción. Esta situación es la que aprovechan los materiales aislantes livianos como la lana de vidrio que incluyendo aire en su interior dificulta las transferencias de calor.
Justamente por esta circunstancia de tener un alto porcentaje de aire se considera a los materiales livianos mejores aislantes que los materiales pesados.

Tabla de valores de Conductividad Térmica λ

MaterialIndice de conductividadUnidad de medida

λ Acero = 58 W/m ºK
λ Hormigón = 1.63 W/m ºK
λ Cerámico = 0.8 W/m ºK
λ Lana de Vidrio = 1.2 (e=50mm) Densidad 12 Kg/m³ W/m ºK
λ POLYBUBTECH (con Foil de Aluminio) = 0.035 W/m ºK
λ Vidrio = 0.600 W/m ºK
λ Agua = 0.500 W/m ºK
λ Aire en Reposo = 0.020 W/m ºK

El otro factor que influye es el espesor, en este caso la taza. A medida que aumento el espesor de la misma tarda más en pasar el calor y sentirlo en la mano. El concepto es: para conseguir mejor aislamiento a la transferencia de calor por conducción se debe aumentar el espesor.

Entonces la resistencia será:

formula

Convección

Es el pasaje indirecto del flujo de calor a través del movimiento de las moléculas del aire. Estos movimientos causados por los cambios de densidad, consecuencia de los cambios de temperatura, permiten que el aire, u otro fluido, se constituyan en transmisores de calor entre los cuerpos que separa. A medida que el fluido se desplaza, transfiere su energía calórica a los cuerpos contiguos (pared, ventanas, etc.)

Normalmente, por lo menos en el planeta Tierra, los pasajes de calor por el fenómeno de radiación, se manifiestan atravesando el aire. Es en ese aire donde, al citado fenómeno, se suman pequeñas transferencias de calor por conducción y por convección.

  1. Ingresa Aire Frío
  2. Se calienta y se convierte en más liviano
  3. Asciende
  4. Entrega el calor al ambiente
  5. Se vuelve a enfriar
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