Inf lab 1 pablo negrete naranjo arq jaime wandemberg arq guillermo gonzalez cardozo arq

Informe de laboratorio

Laboratorio 1: Determinacion de Tramitancia TĂŠrmica in situ_Flujometria

Ariel Bobadilla Ing. - Roberto Arriagada Ing. Pablo Negrete Naranjo_arq. Int. / Wandemberg Jaime_arq. Int. / Guillermo GonzĂĄlez Cardozo_arq

Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera

1. Tabla de Contenidos Titulos 1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

10.

11.

12.

13.

14.

15.

16.

Tabla de Contenidos Experiencia Objetivo Fundamentos teoricos a) Calor b) Conductividad térmica (λ) c) Coeficiente superficial de transferencia térmica (hi), (he) d) Material e) Elemento f) Complejo g) Resistencia térmica (R) h) Resistencia térmica de una capa material (R) i) Resistencia térmica total de un elemento compuesto (RT) j) Resistencia térmica de una cámara de aire no ventilada (Rg) k) Resistencia térmica de superficie (Rs) l) Transmitancia térmica (U) m) Transmitancia térmica lineal (Kl) Termoelectricidad Analisis Termoflujometrico Determinacion el flujo de Calor in situ. (Tramitancia térmica). Flujometria (Experimental Cold-Hot Plate/ASTM 518-98 )

Equipos Determinacion el flujo de Calor para las últimas 10 mediciones en régimen estable.

Determinacion del valor de la transmitancia térmica del elemento ensayado.

Determinacion del valor teórico de U de la solución ensayada Evalúacion y comparación de los resultados obtenidos por método teórico (cálculo) y mediante medición in situ. Diferencia entre ambos resultados.

Verifique el cumplimiento normativo de la solución ensayada e indique donde es posible su utilización en el territorio nacional de acuerdo a los requisitos establecidos en la Reglamentación Térmica.

De qué depende la transmitancia térmica de un elemento constructivo. Cuáles son, a su juicio, las tres variables más importantes que la determinan. Qué otras variables pudieran importar?

Determine teóricamente el espesor de un muro de hormigón, de albañilería y de madera sólida, de aislación térmica comparable al muro perimetral ensayado. Discuta respecto de las ventajasdesventajas térmicas del muro liviano respecto de los pesados.

Describa las ventajas y desventajas de la protección térmica por el interior y por el exterior en muros de la envolvente Bibliografia y Fuentes

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Pag 1 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 3 3 3 4 4 6 7 9 12 12 13

13

14 18 22

1

1. Experiencia : Determinación de transmitancia térmica in situ de envolventes de edificios, a través de medidores de flujo de calor.

“Nunca es posible introducir solamente cantidades observables en una teoría. Es la teoría quien decide qué se debe observar. “Albert Einstein, 1926

2. Objetivo : Determinar experimentalmente flujos de calor y las propiedades térmicas de elementos de la envolvente de edificios en uso. Analizar y comprender el fenómeno de traspaso de calor a través de elementos de la envolvente de las construcciones.

3. Fundamentos Teoricos a) Calor : es la energía cinética media de un conjunto de átomos o moléculas de un cuerpo o sustancia a consecuencia de la variación de la temperatura, relacionada con el movimiento de las partículas (átomos y moléculas) que constituyen las sustancias.

El calor en la madera depende de la conductividad térmica y de su calor específico.

b) Conductividad térmica (λ) : cantidad de calor que en condiciones estacionarias (Ley de

Fourier), 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/(m x K). Se determina experimentalmente según NCh850 o NCh851.

Es la capacidad que tiene un material para transmitir calor, y se representa por el coeficiente de conductividad interna; definido como la cantidad de calor que atraviesa por hora, en estado de equilibrio, un cubo de un metro de arista, desde una de sus caras a la opuesta y cuando entre éstas existe una diferencia de temperatura de 1 grado Celsius (°).

La conductividad térmica se mide mediante un coeficiente de conductividad y está íntimamente relacionada con la densidad de la madera. Las cavidades celulares de la madera seca (bajo el PSF) están llenas de aire, el cual es un mal conductor térmico. Por ello, las maderas de baja densidad conducen menos calor que las de alta densidad.

c) Coeficiente superficial de transferencia térmica (hi), (he) : flujo que se transmite

d)

e) f) g)

por unidad de área desde o hacia una superficie en contacto con el aire cuando entre éste y la superficie existe una diferencia unitaria de temperaturas. Se expresa en W/(m2 x K).

Se puede determinar experimentalmente según NCh851.

Material : componente que por sí solo posee una conductividad térmica, como propiedad especifica de su estructura molecular, motivo por el cual tiene una implicancia como elemento constructivo.

Elemento: conjunto de materiales que dimensionados y colocados adecuadamente permiten que cumplan una función definida, tal como: muros, tabiques, losas y otros.

Complejo: conjunto de elementos constructivos que forman parte de una vivienda o edificio, tales como: complejo de techumbre, complejo de entrepiso.

Resistencia térmica (R) : oposición al paso del calor que presentan los elementos de construcción (m2 x K/W)

R = 1= U

elemento simple

R = Rsi + e + Rse = 

elemento complejo

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2

h) Resistencia térmica de una capa material (R) : para una capa de caras planas y

paralelas, de espesor (e) , conformada por un material homogéneo de conductividad térmica (λ) = (m2 x K/W)

i) Resistencia térmica total de un elemento compuesto (RT) : inversa de la transmitancia térmica del elemento. Sumatoria de las resistencias parciales de cada capa del elemento.

R = Rsi + e + Rse = (m2 x K/W)  ventilada (Rg) : resistencia térmica Resistencia térmica de una cámara de aire no = (m2 x K/W)

j)

que presenta una masa de aire confinado (cámara de aire). Se determina experimentalmente por medio de NCh851. Se expresa en m2 x K/W k) Resistencia térmica de superficie (Rs): inversa del coeficiente superficial de transferencia térmica (h)

l) Transmitancia térmica (U) : flujo de calor que pasa por unidad de superficie del elemento y por grado de diferencia de temperaturas entre los dos ambientes separados por dicho elemento. Se expresa en W/(m2 x K). Se determina experimentalmente según NCh851 o bien por cálculo teorico.

U=1= R

elementosimple

U=

1 = 1 +e + 1 hi  he

elemento complejo

Tpi m) Transmitancia térmica lineal (Kl) : flujo de calor que atraviesa un elemento por unidad de longitud del mismo y por grado de diferencia de temperatura. Se expresa en m2 x K/W.

Tpe Tae

Tai

hi

he

e

4. Termoelectricidad Conversión directa del calor en energía eléctrica o viceversa. El termino es generalmente restringido a la conversión irreversible de electricidad en calor, descrita por el físico inglés James P. Joule y el efecto reversible nombrado por Seebeck, Peltier y Thomson. De acuerdo con la ley de Joule “un conductor transporta cierta corriente generando calor proporcionalmente a la resistencia del mismo por el cuadrado de la corriente”. El físico alemán Thomas J. Seebeck descubrió en 1820 que si se cierra el circuito por la unión de dos Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

3

materiales distintos y esta unión tiene contacto físico con un objeto la temperatura de este se ve como una diferencia de potencial que se genera en la unión de los metales. Al circuito de este tipo se llama “termopar” y un número de ellos conectados en serie es llamado termopila. En 1834 el físico francés Jean C. A. Peltier descubrió un efecto inverso al de Seebeck: Si una corriente pasa a través del termopar, la temperatura de la unión se incrementa y la temperatura en otras secciones se decrementa, así que el calor es transferido desde una unión a otra. La cantidad de calor transferido es proporcional a la corriente y la dirección de transferencia se invierte si la corriente cambia de dirección.

5. Analisis Termoflujometrico Para la medición del flujo calorífico a través de cerramientos se emplea el termoflujómetro.

Este instrumento permite determinar el flujo de calor en régimen estacionario. Consiste en una placa de espesor definido y cuyo coeficiente de transmisión calorífica se conoce. En cada una de las caras lleva fijados varios termómetros. La placa así constituida debe fijarse de modo firme sobre la pared o cerramiento donde quiere medirse el flujo de calor que los atraviesa. Si el flujo es estacionario, basta medir la diferencia de temperaturas entre las caras de la placa para conocer el valor del flujo calorífico, mediante el valor conocido del coeficiente de transmisión.

Se trata de un ensayo no destructivo que consiste en la medición de temperaturas y el flujo de calor a través de un cerramiento representativo, con el fin de calcular su Tramitancia térmica (U).La Termoflujometría sirve para determinar el flujo de calor que pasa a través de un cerramiento, y de esta manera poder determinar experimentalmente la transmitancia térmica del mismo. La obtención del coeficiente de transmisión de calor real de la fachada en uno o varios puntos del edificio nos indicará la necesidad de reforzar el aislamiento de la envolvente del edificio y en qué grado.

6. Determinacion el flujo de Calor in situ. (Tramitancia térmica). Flujometria (Experimental Cold-Hot Plate/ASTM 518-98) Técnica que mediante un diferencial eléctrico determina la potencia eléctrica o flujo de calor que pasa a través de un elemento constructivo.

Siendo las variables de incidencia, conductividad térmica de los materiales y las temperaturas superficiales del aire interior y exterior, obteniéndose el flujo de calor puntual a travez de un elemento.

U : Tramitancia Termica ( W/m2 °C ) Φ : Flujo Termico (W) Tai : Temperatura aire interior (°C) Tae : Temperatura aire exterior (°C)

Se trata de un ensayo realizado "in situ", en la propia construccion, en el que mediante una sonda de flujo de calor, varias sondas de temperatura y una unidad de almacenamiento de datos o data-logger, se mide el flujo de calor que esta atravesando la pared.

Es un ensayo con una duración de varios días y que requiere mantener las condiciones del mismo en forma constante. Igualmente, requiere una buena selección del lugar de medida para que dichos valores no se vean alterados por la presencia de puentes térmicos (ventanas, pilares, radiadores, etc.). En este sentido suele ser recomendable una visita a obra y una inspección termográfica previa para determinar la localización de los puntos adecuados de medida.

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4

Termoflujometria _Flujo del calor Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

Termoflujometria _Equipos Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

Termoflujometria_Equipos Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

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5

7. Equipos El principio básico del aparato consiste en detectar y amplificar el gradiente de temperatura que origina el paso de un flujo térmico a través de un material de características térmicas y eléctricas conocidas. Los medidores de flujo de calor consisten en una delgada lámina de metal, que actúa como cuerpo sostenedor o de relleno de un circuito termoeléctrico, conocido también como termopila, formado por varias termocuplas en serie, de cobre constantan. De este modo, cuando el flujo de calor fluye a través del sensor, el material de relleno actúa como una resistencia térmica.

Consecuentemente, el flujo de calor originará una gradiente de temperatura a través del sensor, creando un lado caliente y otro frío. Se genera un voltaje de salida que es proporcional a la diferencia de temperatura entre las uniones cobre-constantan y constantan cobre.

El elemento sujeto de evaluación es el complejo de muros de la sala de reuniones del edificio Centro de Investigación en Tecnologías de la Construcción de la Universidad del Bío-Bío CITEC UBB.

Termoflujometria_equipos Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

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6

Tipo de Termopar B C E J K N R S T

Materiales Platino 30%, Rodio (+) Platino 6%, Rodio (-) W5Re Tungsteno 5% Rhenium (+) W26Re Tungsteno 26% Rhenium Cromo (+) Constantano (-) Acero (+) Constantano (-) Cromo (+) Alumel (-) Nicrosil (+) Nisil (-) Platino 13% Rodio (+) Platino (-) Platino 10% Rodio (+) Platino (-) Cobre (+) Constantano (-)

Rango de aplicación en C 1370 a 1700 1650 a 2315 95 a 900 95 a 760 95 a 1260 650 a 1260 870 a 1450 980 a 1450 -200 a 350

Termopares Grafico extraido : http://www.ayecertificaciones.com/blog/el-termoflujometro/

A partir de la información experimental responda estrictamente a cada una de las 8 siguientes preguntas: 8. Determinacion del flujo de Calor para las últimas 10 mediciones en régimen estable.

Objeto: Muro perimetral de Auditorio orientación Sur

Muro Auditorio CITEC Grafico extraido de guía de Laboratorio de Flujotermometria

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7

Auditorio CITEC : Sector Pie derecho F CF Voltaje Constante N° Fecha Hora Sensor mV

uV

Φ Fujo Calor

U Temperatura

3,06425

Tai (C°) 18,35

Tae ∆ T(°C) (°C) 10,93 7,42

W/m2

1

25/07/2013

20:37

0,186

186

uV/W/m2 60,7

2

25/07/2013

20:47

0,185

185

60,7

3,04778

18,35

10,9

3

25/07/2013

20:57

0,181

181

60,7

2,98188

18,20

4

25/07/2013

21:07

0,176

176

60,7

2,89951

5

25/07/2013

21:17

0,203

203

60,7

6

25/07/2013

21:27

0,203

203

7

25/07/2013

21:37

0,192

8

25/07/2013

21:47

9

25/07/2013

Tramitancia W/m2°C 0,413

0,0011

0,271%

7,45

0,409

0,0086

2,151%

10,96

7,24

0,412

18,20

10,96

7,24

0,400

3,34432

18,02

10,96

7,06

0,474

60,7

3,34432

18,20

10,81

7,39

0,453

192

60,7

3,16310

18,08

10,75

7,33

0,432

0,191

191

60,7

3,14662

18,02

10,69

7,33

0,429

21:57

0,21

210

60,7

3,45964

18,05

10,75

7,30

0,474

0,0042

0,966%

10 25/07/2013

22:07

0,191

191

60,7

3,14662

17,96

10,75

7,21

0,436

0,0405

9,286%

11 25/07/2013

22:17

0,203

203

60,7

3,34432

17,90

10,78

7,12

0,470

12 25/07/2013

22:27

0,207

207

60,7

3,41021

17,87

10,72

7,15

0,477

13 25/07/2013

22:37

0,223

223

60,7

3,67381

17,75

10,66

7,09

0,518

14 25/07/2013

22:47

0,201

201

60,7

3,31137

17,81

10,51

7,30

0,454

15 25/07/2013

22:57

0,201

201

60,7

3,31137

17,84

10,63

7,21

0,459

0,0034

0,747%

0,007

16 25/07/2013

23:07

0,204

204

60,7

3,36079

17,81

10,48

7,33

0,458

0,0060

1,315%

No Cumple

17 25/07/2013

23:17

0,202

202

60,7

3,32784

17,81

10,51

7,30

0,456

0,0018

0,396%

0,004

18 25/07/2013

23:27

0,203

203

60,7

3,34432

17,69

10,3

7,39

0,453

0,0035

0,765%

0,008

19 25/07/2013

23:37

0,199

199

60,7

3,27842

17,49

10,27

7,22

0,454

0,0012

0,264%

0,003

20 25/07/2013

23:47

0,204

204

60,7

3,36079

17,49

10,12

7,37

0,456

21 25/07/2013

23:57

0,215

215

60,7

3,54201

17,72

9,94

7,78

0,455

0,003

No Cumple No 0,0618 15,441% Cumple No 0,0521 13,000% Cumple No 0,0422 9,773% Cumple No 0,0233 5,420% Cumple No 0,0424 9,876% Cumple No 0,0071 1,664% Cumple 0,010

No Cumple No 0,0485 10,317% Cumple No 0,0233 5,146% Cumple No 0,0589 12,983% Cumple No 0,0049 1,077% Cumple

Fuente: Elaboracion propia sobre datos de medición In situ

Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

8

Auditorio CITEC : Sector Alma del Panel F CF Voltaje Constante N° Fecha Hora Sensor

Φ

U Temperatura

Fujo Calor

Tramitancia

mV

uV

uV/W/m2

W/m2

Tai (C°)

Tae (°C)

∆ T(°C)

W/m2°C

1

25/07/2013

20:37

0,154

154

62,1

2,479871

18,35

10,93

7,42

0,334

0,023

2

25/07/2013

20:47

0,126

126

62,1

2,02899

18,35

10,90

7,45

0,272

0,021

3

25/07/2013

20:57

0,14

140

62,1

2,25443

18,20

10,96

7,24

0,311

0,033

4

25/07/2013

21:07

0,132

132

62,1

2,12560

18,20

10,96

7,24

0,294

0,029

5

25/07/2013

21:17

0,151

151

62,1

2,43156

18,02

10,96

7,06

0,344

0,011

6

25/07/2013

21:27

0,148

148

62,1

2,38325

18,20

10,81

7,39

0,322

0,027

7

25/07/2013

21:37

0,162

162

62,1

2,60870

18,08

10,75

7,33

0,356

0,016

8

25/07/2013

21:47

0,159

159

62,1

2,56039

18,02

10,69

7,33

0,349

0,008

9

25/07/2013

21:57

0,154

154

62,1

2,47987

18,05

10,75

7,30

0,340

0,049

10 25/07/2013

22:07

0,153

153

62,1

2,46377

17,96

10,75

7,21

0,342

0,013

11 25/07/2013

22:17

0,172

172

62,1

2,76973

17,90

10,78

7,12

0,389

0,028

12 25/07/2013

22:27

0,146

146

62,1

2,35105

17,87

10,72

7,15

0,329

0,002

13 25/07/2013

22:37

0,159

159

62,1

2,56039

17,75

10,66

7,09

0,361

0,046

14 25/07/2013

22:47

0,15

150

62,1

2,41546

17,81

10,51

7,30

0,331

0,019

15 25/07/2013

22:57

0,141

141

62,1

2,27053

17,84

10,63

7,21

0,315

0,002

16 25/07/2013

23:07

0,142

142

62,1

2,28663

17,81

10,48

7,33

0,312

0,004

17 25/07/2013

23:17

0,142

142

62,1

2,28663

17,81

10,51

7,30

0,313

0,001

No Cumple No 7,801% Cumple No 11,250% Cumple No 9,845% Cumple No 3,559% Cumple No 8,312% Cumple No 4,764% Cumple No 2,233% Cumple No 14,512% Cumple No 3,922% Cumple No 8,479% Cumple 0,629% 0,006 No 14,675% Cumple No 6,068% Cumple 0,537% 0,005 No 1,284% Cumple 0,396% 0,004

18 25/07/2013

23:27

0,145

145

62,1

2,33494

17,69

10,30

7,39

0,316

0,001

0,422%

0,004

19 25/07/2013

23:37

0,141

141

62,1

2,27053

17,49

10,27

7,22

0,314

0,002

0,700%

0,007

20 25/07/2013

23:47

0,144

144

62,1

2,31884

17,49

10,12

7,37

0,315

21 25/07/2013 23:57 0,153 153 62,1 2,46377 Fuente: Elaboracion propia sobre datos de medición In situ

17,72

9,94

7,78

0,317

8,382%

9. Determinacion del valor de la transmitancia térmica del elemento ensayado.

Como criterio de definición de valor de U, considere aquel valor cuya diferencia entre dos mediciones consecutivas no sea superior a un 1%.

Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

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Valores U obtenidos “in Situ”

Sector del Pie derecho = 0,456 W/m2°C Sector del Alma del Panel = 0,313 W/m2°C U Promedio = 0,3845 W/m2°C

10.

Determine el valor teórico de U de la solución ensayada considerando:

1 Interior

exterior

3

2

Interior

Exterior

4

Muro Sur Auditorio Citec

Considere para efectos de cálculo lo siguiente: para condición 1(albañilería), 90 % participación bloque y 10% mortero de pega, para condición 2 (solución de revestimiento interior), 85% participación alma y 15% estructura madera.

Formula para Elementos simples y Homogeneos

U=

1 = 1 +e + 1 hi  he

(W/m2K)

Formula para Elementos con heterogeneidades simples Se consideran como de heterogeneidades simples aquellos elementos en los que se cumplen las siguientes condiciones:  la heterogeneidad queda perfectamente definida y delimitada por dos planos perpendiculares a las caras del elemento;  el conjunto tiene una constitución tal, que no se producen flujos térmicos laterales de importancia entre la heterogeneidad y el resto del elemento  Como ejemplo de heterogeneidades simples que corrientemente se presentan en la construcción se pueden citar: las estructuras de paneles de madera con cámaras de aire, las Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

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nervaduras en paneles y losas de hormigón con cámaras de aire, los pilares y cadenas de hormigón en muros de albañilería, las juntas de pega en albañilerías con ladrillosmacizos, etc.

El método de cálculo de la transmitancia térmica media de un elemento con heterogeneidades simples viene dado por la fórmula siguiente:

Ai = Area del elemento de Tramitancia Ui Fuente : NCH 853 Of. 91

Metodologia del Calculo : a. Cálculos de U y U % Participacion

U=

1 = 1 +e + 1 hi  he

(W/m2K)

b. Calculo Condiciones C1 C2 C3 C4

=Ubloq (%p)+ Umad (%p) + Ucontrench (%p) = 0,06657 W/ m2 x K =Umort pega (%p)+ Umad (%p) + Ucontrench (%p) = 0,03868 W/ m2 x K =Ubloq (%p)+ Upoliest (%p) + Ucontrench (%p) = 0,09013 W/ m2 x K =Umort pega (%p)+ Upoliest (%p) + Ucontrench (%p) =0,06224 W/ m2 x K

c. Calculo Tramitancia media de un elemento con heterogeneidades simples

Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

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Calculo teorico de U N°

Material

Ri

Re

R

U

Areas

m2 x K/W

Ʃ hi+h e m2 x K/W

m2 x K/W

m2 x K/W

m2 x K/W

W/ m2 x K

m2

l

hi

he

espesor (m)

W/m xK

m2 x K/W

% Particip

U% Participacion W/ m2 x K

1

Bloque de Cemento

0,190

0,600

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

28,65

0,0349

1,468

0,900

0,03141

2

Mortero de Pega

0,100

1,400

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

28,40

0,0352

0,138

0,100

0,00352

3

Pino 2 x 2

0,050

0,104

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

28,81

0,0347

0,358

0,150

0,00521

0,050

0,041

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

29,55

0,0338

1,236

0,85

0,02876

0,01

0,260

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

28,38

0,0352

1,606

0,85

0,02996

0,251

m

Sup Total

4,806

m2

1,606

m2

4 5

Poliestireno Expandido Placa Contraenchapada

e

Area del ensayo

Bloque + madera pino + Placa contraenchapada Condicion Mortero de pega + madera pino + Placa 2 contraenchapada Condicion 1

(Ai) Superficie de la parte del elemento a la que corresponda una transmitancia

0,06657 0,03868

Condicion 3

Bloque + poliestireno+Placa contraenchapada

0,09013

Condicion 4

Mortero de pega + poliestireno+Placa contraenchapada

0,06224

Calculo Tramitancia media elemento

U Final

ƩU

ΣU1 A1 ΣA1

0,128

0,25763

W/ m2 x K

Fuente : elaboracion propia

11. Evalúe y compare los resultados obtenidos por método teórico (cálculo) y mediante medición in situ. Explique la diferencia entre ambos resultados.

Calculo in situ (Medicion por método de termoflujometria)   

Sector del Pie derecho = 0,456 W/m2°C Sector del Alma del Panel = 0,313 W/m2°C U Promedio = 0,3845 W/m2°C

Calculo teorico U Final

0,120

W/ m2 x K

a. Se presenta mucha Disparidad entre los valores arrojados in situ y los relizados en forma

teorica, siendo estos últimos muy favorables respecto de lo que se presenta en la realidad efectiva, en donde la conductividad de los materiales se manifiesta distinta que en los cálculos realizados mediante formulas. b. La diferencia entre el transmitancia térmica teórica (calculada) y el real (medida) puede ser muy alta. Sabiendo que este valor genera una estimación de la energía que consumirá en un edificio, es de vital importancia en el proceso de la certificación energética, de modo que resulta importante la utilización de métodos mas eficaces para estimar el verdadero valor U, bajo ciertas condiciones de uso, a través de una medición in-situ donde se obtengan valores de la situación real del edificio.

Modulo 3 : Fisica de las Construcciones y Terminaciones en madera _Enero_2013

12

c. Los ensayos in situ reflejan los puentes térmicos, que si bien fueron cuidados en el diseño

d.

e.

f. g.

de las partes, es imposible evitarlos, por la discontinuidad que crean los pies derechos y el aislante cuyo cierre no es hermético.

Los ensayos in situ requieren seleccionar previamente los mejores lugares para las mediciones, de manera de evitar errores por puentes térmicos. Estos ensayos requiren de un tiempo de desarrollo en el cual se deben mantener las condiciones estables para evitar errores en los arrojados.

Los ensayos in situ arrojan valores de las temperaturas superficiales interior y exterior que fluctúan durante el dia, dada la distinta Humedad Relativa, temperatura, velocidad del viento,etc, por lo cual solo puede tomarse valores significativos a partir de un largo plazo de tiempo, que nos de valores representativos y relativamente estables.

Los valores interiores y exteriores , de temperatura y humedad deben ser medidos en plazos minimos de 1 mes, de manera de obtener valores significativos utilizables Finalmente los valores medidos in situ, por mas que contengan errores reflejan la realidad térmica del lugar, y deben ser tenidos en cuenta mucho mas que los valores obtenidos a través de formulas teóricas.

12. Verifique el cumplimiento normativo de la solución ensayada e indique donde es posible su utilización en el territorio nacional de acuerdo a los requisitos establecidos en la Reglamentación Térmica.

Fuente : Reglamentación Termica

a. Los valores de medición de flujo de calor (Tramitancia Termica ), son favorablementes holgados respecto de lo solicitao por la Reglamentacion térmica para la Zona 4 , donde esta construido.   

Sector del Pie derecho = 0,456 W/m2°C Sector del Alma del Panel = 0,313 W/m2°C U Promedio = 0,3845 W/m2°C

b. Asi mismo, puede por su valor U,estar ubicado en cualquiera de las 7 zonas de Chile, aun en la zona sur mas extrema, cumpliendo incluive aquí, con la Reglamentacion Termica nacional.

13. De qué depende la transmitancia térmica de un elemento constructivo.

Cuáles son, a su juicio, las tres variables más importantes que la determinan. Qué otras variables pudieran importar?

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Las 3 variables mas importantes que inciden en la tramitancia térmica son : I. La conductividad térmica (λ): expresada por la materialidad del elemento, producto de su estructura molecular, que lo hace básicamente buen conductor (alta densidad) o mal conductor, (aislante, de baja densidad) de la energía térmica. La conductividad y la resistencia son conceptos inversos, ligados a las propiedades del material.

Calor especifico : definido como la cantidad de calor necesario para aumentar en 1 grado Celsius (°),la temperatura de un gramo de madera.

La “inercia térmica”, es decir el retardo en el tiempo de la energía térmica en fluir desde la cara caliente hacia la cara fría, influenciada por “el espesor” y “la densidad” de la capa material, responde a este calor especifico. El calor específico en la madera es 4 veces mayor que el del cobre y 50% mayor que del aire.

Al aumentar el espesor del aislante, y al colocar elementos aislantes de muy baja densidad , se aumenta la inercia, es decir el tiempo de traspaso del calor de la cara caliente a la fría.

II. El espesor : Es directamente proporcional a la Resitencia Termica, si aumenta el espesor aumentara también la Resistencia del Elemento, lo mismo que la conductividad térmica ( cuya relación es también directamente proporcional al espesor.

A igual espesor pero distinta densidad, los aislantes de baja densidad poseen una porosidad mayor que los hace mas débil térmicamente, al aumentar el espesor estaremos aumentando la capacidad térmica de estos aislantes aumentando su inercia térmica.

Los materiales aislantes de alta densidad poseen una porosidad menor que los hace mas fuertes térmicamente, es decir baja su conductividad térmica ( , ya que al ser menores sus poros la convección se dificulta aumentando la Resitencia térmica.

Esto ocurre hasta ciertos limites en el que al aumentar aun mas su densidad pasan a comportarse como materiales prácticamente compactos, transformándose nuevamente en materiales con alta conductividad ( y baja Resistencia Termica.

III. El gradiente de temperatura : La Transferencia de calor en un sólido o en un fluido en reposo, mediante la cinetica de las particulas (rotaciones y vibraciones) a escala molecular, es más intenso a mayor gradiente de temperatura, por lo cual la energía se transfiere del cuerpo mas caliente al cuerpo ms frio. Ec. de Fourier qc = λ (T2 – T1) e

qc : Flujo de energía que atraviesa el elemento (W/m2) e : Espesor del elemento (m) (T2 – T1) : diferencia de temperatura entre las caras del elemento

Otros Factores :  La ubicación del elemento dentro de la construcción: El contacto directo con con el exterior, sea este un muro, una cubierta o piso, significa una mayor incidencia del elemento a los factores del clima exterior, influyendo en su transmitancia térmica, ya que componen la envolvente primaria de la construcción.  El tiempo : Con el paso del tiempo todo material sufre un desgaste y perdida de las propiedades fisicas iniciales .

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14. Determine teóricamente el espesor de un muro de hormigón, de albañilería y de madera sólida, de aislación térmica comparable al muro perimetral ensayado. Discuta respecto de las ventajas-desventajas térmicas del muro liviano respecto de los pesados.

R= e/λ

λ= e/R

e= R*λ

A espesores iguales, una lana de vidrio (λ= 0,032 W/mK) es 50 veces más aislante que el hormigón (λ = 1,63 W/mK), ya que por su característica de estar construida por celdillas de aire quieto logra un óptimo comportamiento térmico.

La lana de vidrio está formada por una gran cantidad de pequeñas fibras de vidrio aglomeradas con un ligante que forman una cantidad casi infinita de pequeñas celdas de aire quieto que son las que oponen la resistencia al paso del calor.

La Resistencia térmica de un elemento depende del valor de (λ) y del espesor del material.

Cuanto mayor es la resistencia que opone un material al paso del calor para un espesor determinado más aislante será ese material. Por lo tanto la Resistencia térmica se define como la relcion entre el espesor sobre el Coeficiente de Conductividad (λ).

Comparando el poder aislante de distintos materiales se puede advertir que para conseguir una Resistencia térmica de R=1,25 m2 K/W se necesitan espesores muy disímiles, medidos en cm, para cada material .

Tomando algunos de los materiales como ejemplo se necesitan , 1m de espesor de mampostería de ladrillos, 2m de espesor de hormigón o 7m de espesor de acero para lograr igual Resistencia térmica (R) que la que se obtiene con 5cm de lana de vidrio de baja densidad.

La densidad de los materiales influyen con su valor en el Coeficiente de Conductividad (λ) y, por lo tanto, en su Resistencia térmica. Al aumentar la Densidad baja el coeficiente de conductividad (λ) y consecuentemente mejora la Resistencia térmica.

Sin embargo, está variación es acotada.

No se puede disminuir el (λ) indefinidamente aumentando la densidad, existen límites. En una lana de vidrio, la mejora máxima que se puede obtener es de un 20 %.

Por el contrario, si se aumenta el espesor, la resistencia térmica aumentar proporcionalmente y en ese caso no existen límites, exceptuando el espacio físico, para obtener la resistencia que se desee. Por lo tanto, siempre será más eficiente desde el punto de vista económico, trabajar con lanas de vidrio de baja densidad en espesores altos que trabajar con espesores menores y aumentar la densidad.

Esto es así porque el costo de una lana de vidrio se incrementa de igual forma aumentando en iguales proporciones el espesor o la densidad. En otras palabras, al

Fuente : Aislantes Isover

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duplicar el espesor, se logrará el doble de resistencia térmica, mientras que si se duplica la densidad (que significa el mismo incremento de costo), sólo se logrará, a lo sumo, un 20 % más de resistencia térmica.

Fuente : Aislacion térmica Exterior_Camara Chlena de la Construccion

El aislamiento térmico de edificios tiene por finalidad principal ahorrar energía de calefacción o de refrigeración para conseguir niveles adecuados de confort térmico, a la vez que evita el deterioro de materiales al disminuir, por ejemplo, las condensaciones. Además, el aislamiento térmico permite mejorar la calidad de vida de las personas ya que disminuye la proliferación de microorganismos, tales como hongos, causantes de mal olor y de diversas enfermedades.

El Fundamento del aislamiento térmico se basa en reducir la transferencia de calor y los intercambios térmicos. En invierno, disminuir la pérdida de calor, es decir, minimizar el flujo de calor desde el interior hacia el exterior y en verano evitar la entrada del calor reduciendo el consumo de aire acondicionado La resistencia total de un cerramiento es responsable de las ganancias o pérdidas de calor de un edificio.

La aislación térmica o la dificultad mayor o menor con que el calor atraviesa un muro, no Fuente : Aislantes Isover es el único recurso cn que se puede contar para conseguir un adecuado ambiente interior.

Si las fluctuaciones diarias de temperatura son fuertes, junto con emplear aislaciones se puede aprovechar la capacidad térmica acumuladora del muro, de modo que frente a una onda térmica de calor esta demore lo máximo posible para transferirlo al interior, cuyo retraso de tiempo, sera proporcional a la capacidad térmica del muro. Además de ello la onda es amortiguada en amplitud, suavizando las fuertes variaciones de la temperatura exterior.

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Fuente : Isover aislantes

Es decir, la capacidad térmica sólo depende de la masa. Cuanto más masivo sea un edificio, mayor inercia térmica y mejor comportamiento tendrá en regiones de gran oscilación diaria de temperatura.

La idea básica es que el aislamiento térmico no es un gasto, sino una inversión, puesto que el desembolso inicial se ve compensado en un plazo breve (pocos años, incluso meses) a través del ahorro energético en combustible para la calefacción y, cada vez más, para la refrigeración del edificio o vivienda. Y en el largo plazo de la vida útil del edificio, ese retorno de los costos iniciales mas elevados produce un alto beneficio económico.

El dimensionamiento correcto del aislamiento térmico estará en función de una serie de variables, como son la climatología local, el sistema constructivo elegido, y el costo y las prestaciones térmicas del aislamiento en particular de que se trate. 



Referente a las condiciones climatológicas es claro que la mayor severidad climática de una localidad llevará a unos rendimientos mayores del aislamiento térmico que se incorpore, puesto que el ahorro energético que se consiga para unas mismas condiciones de confort interior será mayor que si no se aislara la envolvente.

Los sistemas constructivos, con sus diversos grados de inercia térmica y ventilación, la complicación mayor o menor para incorporar espesores crecientes de aislamiento térmico, o incluso la posibilidad de que el propio aislamiento cumpla un papel adicional importante como capa protectora de la estructura o de otros materiales (concepto de “cubierta invertida”), también determinan el dimensionamiento más adecuado.

Fuente : Aislantes Isover

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









En la relación prestaciones térmicas / costo del aislamiento, y dado un horizonte de vida útil de la edificación de 30 a 50 años, habrá un espesor económico, que maximiza el ahorro energético y el retorno de la inversión realizada.A partir de él, no vale la pena crecer en espesor ya que el requerimiento esta cumplido y el excedente no aportara mas confort al que ya se logro.

Hay una relación muy estrecha entre la densidad de un material aislante y su coeficiente de conductividad térmica (λ) Si la densidad de los materiales es baja, las celdas de aire son de gran tamaño, lo que implica un coeficiente de conductividad relativamente alto. A medida que se aumenta la densidad, se reduce el tamaño de las cámaras de aire hasta llegar a la situación ideal, momento en que se alcanza el valor mínimo del coeficiente de conductividad térmica (λ) Una compresión mayor del producto, incrementando su densidad, eliminaría celdas de aire y provocaría un aumento de dicho coeficiente.

La resistencia al flujo de aire es un indicador de la calidad del aislamiento con respecto a las propiedades térmicas y acústicas. El aire en reposo (o gases) es el elemento que presenta el mejor poder aislante. Por esta razón, los materiales aislantes contienen numerosas celdas de aire, aprisionadas entre los elementos sólidos que los constituyen.

Contrariamente a la idea tan extendida de que una densidad elevada va en detrimento del poder aislante térmico de los materiales, se debe precisar que cuanto mayor sea la densidad menor será el coeficiente de conductividad. La Lana Mineral de Roca al poseer mayor densidad y más cuerpo por unidad de área, utiliza mejor la propiedad del aire en reposo pues contiene miles de millones de pequeñas celdas de aire atrapadas entre sus fibras. Entre mas espacios o celdas de aire y entre más pequeños sean, más eficiente es el aislamiento.

Los productos de baja densidad tienen una menor resistencia al flujo de aire, por lo tanto, hay mayor convección del aire dentro de las celdas incrementando las pérdidas de calor y la temperatura superficial.

Para lograr la misma Resistencia Termica que el Muro ensayado del CITEC, se necesitan espesores de 4,24 m en Hormigon, 1,20 m en Mamposteria y 27 cm de madera solida de pino.

Es decir construyendo en madera maciza logramos el mismo U evitándose la sumatoria de materiales diferentes en capas, disminuyendose también al minimo los puentes térmicos que se generan, sin mencionar la capacidad portante que ya posee la madera en esos espesores, lo que simplificaría tambien las soluciones estructurales.

Esto explica el auge y crecimiento del uso de la madera Maciza en países desarrollados.

Calculo teorico del espesor de distintos materiales para llegar al mismo U N°

Material

espesor (m)

1 Muro Citec 2

Hormigon

3

Albañileria

4

madera solida

0,251 4,24 1,20 0,27



hi

W/m x K

m2 x K/W

0,0965 1,63 0,46 0,104

he

Ʃ hi+he

Ri

m2 x K/W m2 x K/W m2 x K/W

Re

RT

U Prom

m2 x K/W

m2 x K/W

W/m2 K

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

2,6008

0,3845

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

2,6008

0,3845

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

2,6008

0,3845

0,12

0,05

0,17

8,33

20,00

2,6008

0,3845

Fuente : Elaboracion Propia

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15. Describa las ventajas y desventajas de la protección térmica por el interior y por el exterior en muros de la envolvente.

La posición de la capa aislante en el cerramiento no modifica la resistencia térmica total del cerramiento.

Sin embargo colocar el aislamiento por el interior, al centro o por el exterior, tiene ventajas y desventajas prácticas que deben ser analizadas.

Existen diferentes soluciones para aislar la envolvente de un edificio, entre las cuales se encuentran: 1. Aislamiento por la cara interior de la envolvente.

2. Aislamiento al interior de la envolvente (entre las capas del muro o cerramiento), tal como muros compuestos 3. Aislamiento por la cara exterior de la envolvente.

4. Envolvente de material estructural de buen comportamiento térmico (no es necesario disponer de aislación adicional, dependiendo de las exigencias de aislación y espesor usado.

Fuente : Aislacion térmica Exterior_Camara Chlena de la Construccion

Todo material aislante presenta cierta resistencia al paso de calor. Para ser más específico, se puede considerar como aislante térmico cualquier material con un bajo coeficiente de conductividad térmica, es decir, aquellos materiales que presenten una resistencia importante al fl ujo de calor. El aire en reposo , a 0ºC, presenta una conductividad térmica muy baja de 0,024 [W/(m•K)] , siendo el “material” más aislante que se puede considerar.

Por esta razón, los buenos materiales aislantes son aquellos capaces de retener aire quieto en su interior, es decir, materiales porosos que encapsulan el aire, impidiendo que este circule libremente.

En general los materiales de alta densidad son más conductores que los de más baja densidad, y algunos tienen en su constitucion alveolos, tales como poliestireno expandido y poliuretano expandido, o materiales fibrosos como la lana mineral, que contribuyen altamente en sus propiedadades térmicas.

Las aislaciones mas alla de su ubicación tienen las siguientes caracteristicas • Frenan las fugas de calor ayudando a ahorrar energía y mantener la temperatura de confort.

• Permiten conseguir temperaturas superficiales radiantes de los muros envolventes necesarias para el mejor confort • Evitan, por la misma razón anterior, que se produzca condensación en los muros perimetrales previniendo sus efectos nocivos para el edificio y para la higiene ambiental.

• Disminuyen las manchas que se producen en las terminaciones interiores a causa de “puentes térmicos”.

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• Eliminan los puentes térmicos formados por estructuras más o menos conductoras (caso de perfiles metálicos, vigas, pilares u otros) en muros envolventes y en techos.

• Ayudan a mantener un mejor equilibrio higrotérmico con el ambiente, mejorando los niveles de salud, al disminuir la ocurrencia de enfermedades.

• Disminuyen los gastos en salud de la comunidad.

• Disminuye el gasto de energia en viviendas, especialmente petróleo y gas que son combustibles fosiles productores de CO2.

Eligiendo adecuadamente el espesor y tipo de materiales de una envolvente (muros perimetrales, pisos y techo) se puede desplazar la onda térmica de tal manera que cuando el exterior pase por el máximo en el interior se tenga el mínimo y viceversa.

Una envolvente con gran inercia térmica ayuda a conservar la temperatura del interior de los locales habitables con mayor estabilidad a lo largo del día, entregando el calor acumulado en horas de la noche. La inercia térmica mantiene un hogar tibio en invierno y fresco en verano, siempre que se considere cierta ventilación nocturna, lo que ayuda a crear un ambiente más cómodo para vivir.

A la inversa, la principal ventaja de edificios ligeros es que se calientan más rápido cuando se enciende la calefacción o se enfrían con rapidez al encender el aire acondicionado, ahorrando energía, siempre y cuando tengan un sistema de aislación adecuado. Esto se puede aplicar en oficinas y recintos que sólo son utilizados durante parte del día, como escuelas, comercio y similares, pero no en edifi cios permanentemente ocupados como son viviendas, hospitales, hoteles, etc. en los cuales la inercia de gran masa es ventajosa.

Al aplicar inercia térmica en un edificio se debe tener en cuenta que las masas térmicas pueden estar ubicadas en pisos, losas, muros perimetrales, muros interiores y techos, siempre y cuando no estén recubiertas con materiales aislantes.

También se puede considerar colocar la aislación por ambas caras del cerramiento en forma simétrica o asimétrica.

Sea cual sea la ubicación del aislante en el muro, éste debe colocarse en forma continua, (Regla del Rotulador) de tal manera que no se formen puentes térmicos.También deben evitarse las pérdidas de calor por infiltracion no deseada (buen ajuste de puertas y ventanas) procurandose una hermeticidad adecuada.

Ventajas protección interior  Buena continuidad que evitaria los puentes térmicos ( regla del rotulador), si se coloca una capa suplementaria aislante sin interrupciones.  El material está protegido por diseño y tiene mayor vida útil.  Debe ser protegido por una barrera de vapor ( regla del lápiz ) en la cara caliente que impida la difusion del vapor hacia el interior de los materiales.  Permite ser reparado sin desmontar la cara exterior Desventajas protección interior Riesgo de puentes térmicos por discontinuidad, debido la presencia de los pies derechos y cadenetas  Riesgo de condensación intersticial si existen fugas en la barrera de vapor.  Difícil de detectar su estado de conservación, ya que esta tapado.  El aislante térmico, una vez instalado en la cámara de aire, es prácticamente inaccesible.

Cualquier defecto en él y en su instalación será, a partir de ese momento, difícil de 

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



detectar hasta que aparescan condensaciones superficiales, e incluso moho, debidos al puente térmico formado donde se haya producido el defecto. Siendo aún más difícil y costosa su solución.

Mas alla de su ubicación, al interior o exterior, un aislante con poca rigidez y consistencia puede sufrir asentamientos por gravedad dentro de la cámara, si no se han previsto las fijaciones necesarias Los encuentros múltiples con elementos estructurales (pilares, vigas, forjados) y huecos de ventanas, si no se acometen con el cuidado debido, pueden representar una proliferación de puentes térmicos en la propia cámara, y la consiguiente degradación de propiedades térmicas de la pared y riesgo de condensaciones.

Ventajas protección exterior No se cruza con las instalaciones sanitarias, eléctricas y de gas.

Fácil mantenimiento En Europa, Estados Unidos, Nueva Zelanda y otros países, las aislaciones térmicas exteriores son ampliamente utilizadas, no sólo por su eficiencia sino también por su rapidez constructiva y por la posibilidad de usarlas en edificios ya existentes sin necesidad de molestar mayormente a sus ocupantes.  Puede estar colocado en forma continua en una capa aislante adicional a la que se encuentra entre pies derechos.  Los sistemas de aislación exterior forman parte del complejo o sistema de muros y por lo tanto deben cumplir con requerimientos, considerandose los siguientes factores:   

 Seguridad y estabilidad.  Resistencia mecánica.  Seguridad contra

     

 Durabilidad.  Stock de materiales y  Mantenimiento del productos sistema durante la vida  Ambiente interno de útil del inmueble calidad y confort

No disminuye la superficie útil interior como lo hacen los aislantes que se colocan por dentro.

Protege los muros perimetrales de la lluvia y el viento.

Protege los muros perimetrales del intenso soleamiento de verano, rebajando los gastos de refrigeración.

Son muy ventajosos en edificios ya construidos dado que su instalación no molesta a sus ocupantes.

Se pueden alcanzar fácilmente los mínimos de aislación exigidos por normativa, con la consiguiente economía de energía por concepto de calefacción o refrigeración.

Permite la ejecución de fachadas ventldas que evitan puentes térmicos.

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Aire caliente disipado, enfria la envolvente externa.

Aire frio permite la circulación por efecto chimenea

Fuente : Aislacion térmica Exterior_Camara Chlena de la Construccion

Cuando se aísla por fuera, los demás materiales del muro o el hormigón quedan dentro de la aislación de la edificacion, y dado que tienen una inercia térmica alta, una parte del calor que se gane al interior a través de las ventanas durante el día, quedara almacenado para ser utilizado por las noches disminuyéndose la carga de calefacción, el resultado final perceptible será de menores oscilaciones de temperatura interior y menor gasto en energía.

   

Desventajas protección exterior Debe ser protegido por una barera hidráulica permeable al vapor interior.

Riesgo de ingreso de humedad al estar cerca de la cara externa, si presenta discontinuidad.

Riesgo de condensación intersticial al ubicarse a la salida del vapor de agua interior.

Terminaciones de mala apariencia o limitacion los acabados que se le pueden sobreponer.

Bibliografia y Fuentes

        

LÓPEZ DE ASIAIN ALBERICH MARÍA. Estrategias bioclimáticas en la arquitectura. Acercamiento a criterios arquitectónicos ambientales para comunidades aisladas en areas naturales protegidas en Chiapas. Universidad Autónoma de Chiapas, Tuxyla Gutiérrez, México. Enero 2003 Curso de aislamiento Termico y Eficiencia Energetica_Isover_aislantes Influencia de los puentes térmicos en el comportamiento energético de la fachada del Edificio _De Paredes Novillo Alberto_2011 Porque Aislar_Aipex_aislantes NCh 850: Aislación Térmica. Método para la determinación de la conductividad térmica en estado estacionario promedio de anillo de guarda. Norma Chilena Oficial.

NCh 853_Of 91: Acondicionamiento térmico - Envolvente térmica de edificios - Cálculo de resistencias y transmitancias térmicas NCh 2251: Aislación Térmica. Resistencia térmica de materiales y elementos de construcción. Norma Chilena Oficial.

Reglamentación Térmica, Ordenanza General de Urbanismo y Construcción.

ASTM C1046 In-Situ Measurement of Heat Flux and Temperature on Building Envelope Componen

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