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INTRODUCCIN A LAS CONSTRUCCIONES 2013FACULTAD DE ARQUITECTURA, DISEO ARTE Y URBANISMO -UNIVERSIDAD DE MORN

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Funcin Trmica 2 PARTE

Elaboracin propia, en base a la Ficha Tcnica Espacio y confort de ISOVER, un producto de SAINT-GOBAIN ISOVER ARGENTINA S.A

En la primera parte de este documento, plantemos el tema global de la importancia de la energa trmica, elcalor, en nuestra vida, las consecuencias de su utilizacin en forma desmedida, y la importancia de laARQUITECTURA COMO DEMANDANTE DE ENERGA TRMICA, PARA SU CONSTRUCCIN Y SUFUNCIONAMIENTO.

Tratamos de iniciar una toma de conciencia por parte de los arquitectos en formacin, de que ser arquitecto noes la actividad de dibujar planos (aun cuando usemos un CAD) , sino IMAGINAR EDIFICIOS CON UNAMATERIALIDAD QUE FUNCIONA DE ACUERDO A LAS NECESIDADES DE LA SOCIEDAD.

La SOCIEDAD (todos nosotros), necesita de un medio ambiente trmicamente adecuado, pero podemosobtener ese mismo resultado con distintos usos de energa, si realizamos un diseo trmicamente adecuado,utilizando nuestros conocimientos y nuestra creatividad.

Para poder disear un edificio que contemple un funcionamiento trmico intencionada, para que funcionenuestra creatividad as orientada, tenemos que construir el conocimiento que la gui. Comencemos por algunosconceptos de base, y para ello un primer vocabulario bsico.

El confort.Este es un concepto que se ha generado recientemente y que est relacionado con las grandes modificacionestecnolgicas incorporadas a partir de la Revolucin Industria, y fundamenta a un estilo de vida contemporneo.Est en constante evolucin acomodndose al crecimiento de nuevas tcnicas constructivas. El confort dependede distintos factores:Del entorno cultural y natural inmediato.De la construccin que nos rodea.Del comportamiento de los habitantes que van a marcar caractersticas puntuales de usos y costumbres.Aislacin y confort, se convierten as en dos conceptos indisociables. La aislacin es una forma eficaz de

protegerse de las agresiones o de los perjuicios del exterior: calor, fro, ruido, viento.

Un proyecto globalLa calidad trmica y acstica de una construccin, solo puede ser obtenida combinando de manera coherentelos siguientes puntos:La orientacin y el asoleamiento.Los volmenes y las superficies.El sistema constructivo.La aislacin.El equipamiento.Los colores.Adems de estos tem debemos lograr un elevado rigor tcnico en la concrecin de todos los detalles determinacin de la calidad de la construccin.

Una construccin trmicamente controlada, contribuye a la durabilidad del sistema estructural y a la economaanual de consumo de energa.

Formas de transmisin de la Energa Trmica.Dentro de aquello que denominamos "usos y costumbres", el concepto de confort, est relacionado con unavaloracin de medio a travs de nuestros sentidos.No parece necesario hacer la referencia al sentido de la vista, que para nosotros los arquitectos parece ser casiexclusivo. La valoracin atribuida a las imgenes percibidas tendr que ver con nuestro confort. Una de lasvariables a considerar son los "colores", pero va ms all de esto.El odo, que da la "dimensin acstica" a los locales en los cuales nos encontramos e incide en sucomportamiento de aislacin y/o absorcin, a otorgar confort de mayor o menor calidad.Tampoco nos podemos olvidar del "olfato", como una caractersticas de los locales que est relacionado con elcomportamiento trmico e higrotrmico, y se relaciona con la "calidad del aire interior".

Dejemos de lado el sentido del gusto, que no pareciera participar de esta relacin que tenemos con el medio quenos rodea.He dejado para el final el ms extenso de nuestros sentidos, el "tctil", representado por toda nuestra piel, laenvoltura donde se establecen los principales intercambios con el medio ambiente, y donde se originan las


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consecuencias que determina el confort o no de un local en cuanto sus "magnitudes trmicas e higrotrmicas".

LA ENERGA TRMICA

Tratemos de incorporar algunos conceptos bsicos sobre la energa trmica, esta que cuando la medimos o nos

referimos a ella la denominamos cotidianamente "calor" o "fro"La ENERGA Trmica, es una de la expresiones de la energa electromagntica, y por lo tanto forma parte de lafamilia de otras energas que nos son conocidas como tales : la luz visible (del sol y de la "lamparita"); elultravioleta (el que nos preocupa por el agujero de ozono, o el de la "cama solar"); los rayos X (de nuestrasradiografas); las "onda" que nos permiten ver la televisin. o los "celulares" etc.

La principal fuente de esta energa es el SOL. La energa que nos enva esta conformada por tres grandes"paquetes" con distinta longitud de onda. La luz visible (a la cual es sensible nuestra retina, y nos permite lavisin); los rayos ultravioletas (los menos deseados) y los rayos INFRARROJOS. A estos ltimos losdenominamos ENERGA TRMICA.La pregunta que nos podramos formular que pasa con esta energa, cuando encuentra en su camino unmaterial?Incorporemos otro concepto:

No existe ninguna sustancia que no contenga energa trmica. La ausencia total de la misma se ha establecidoen - 273 grados centgrados. Es lo que se llama el CERO ABSOLUTO. Cuando medimos la temperatura desdeeste valor absoluto a los grados los llamamos KELVIN, y lo distinguimos con la letra "k". Los +10 gradoscentgrados de nuestra mxima de un da invernal serian +283 grados kelvin.En alguna bibliografa y en normas suele aparecer la temperatura en grados kelvin. Vale recordarlo para hacercompresiva una frmula que la utilice.Continuemos. Ninguna sustancia ha llegado a la temperatura de -273 C, ni aun en los laboratorios msavanzados. Se han aproximado, pero no han arribado a este valor.

Como se "expresa" esta energa trmica que contiene toda sustancia que exista sobre la tierra?Es un estado vibratorio de las molculas que la componen. Toda sustancia un ladrillo o vos mismo (no quierodecir que seas un ladrillo) esta siempre en un cierto estado vibratorio que depender de su contenido deenerga.

Que efecto produce este estado vibratorio?. Como pareciera evidente tiende a separar las molculas, en "abiertalucha", con la fuerza intramolecular que tiende a mantenerlas unidas. Esta fuerza interna varia con las distintassustancias.

De esta relacin entre el estado vibratorio que produce la energa contenida (y siempre existe), y la cohesin dela materia, depender que el estado de la sustancia sea SLIDO, LIQUIDO O GASEOSO, en las condiciones detemperatura y presin atmosfrica habitual.Esto significa que TODA SUSTANCIA puede ser un slido, un liquido o un gas.Tal vez una de las ms evidentes es el AGUA, por cuanto sus modificaciones se producen en un rango detemperaturas habitual en nuestra vida cotidiana. Hemos aprovechado este comportamiento del agua y lo hemostransformado en nuestro METRO PATRN, para "medir la temperatura", como una expresin de la energatrmica contenida.

Cuando la temperatura baja, a partir de un cierto nivel, el agua se transforma en un slido, al cual denominadoshielo, nieve, granizo etc. Que es lo que ha ocurrido?. Al reducirse la energa trmica contenida, disminuye elestado vibratorio y las molculas se acercan a un punto donde su calidad deja de ser la de un liquido paratransformarse en un slido. A este punto de energa contenida la hemos denominado "0 grado". Aclaremos, noes que el agua se transforme en hielo a la temperatura de "0 grado", sino que a este fenmeno del mundo fsicole hemos otorgado el valor de referencia.Cuando la temperatura sube, a partir de un cierto nivel, el agua se transforma en un gas, al cual denominadosvapor de agua. Que es lo que ha ocurrido?. Al incrementarse la energa trmica contenida, aumenta el estadovibratorio y las molculas se alejan a un punto donde su calidad deja de ser la de un liquido para transformarseen un gas.

A este punto de energa contenida la hemos denominado "100 grados". Aclaremos, no es que el agua setransforme en vapor de agua a la temperatura de "100 grados", sino que a este fenmeno del mundo fsico le

hemos otorgado el valor de referencia.Todas las sustancias participan de los tres estados de la materia, dependiendo de los contenidos de energatrmica. Tambin el hierro es un slido, o un liquido (no han visto una colada de hierro, el hierro fundido?), o un


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gas. La diferencia con el agua es que la cantidad de energa trmica requerida es mayor, por que la cohesinmolecular del hierro es muy elevada.

Veamos cmo se transmite esta energa cuando entra en contacto con los cuerpos.Es una constante, cuando ingresa energa trmica en un cuerpo se incrementa la vibracin de sus molculas.

En los estados slidos (situacin que depende de la sustancia y la energa trmica contenida), el estadovibratorio incrementado por el aumento de energa, se transmite de molcula a molcula sin desplazamiento delas mismas, retenidas por la cohesin del material. Cuanto ms denso es un material (mayor cohesin) mayor esla velocidad de transmisin.A esta forma de transmisin de la ENERGA Trmica, la denominamos conduccin. La energa "atraviesa" elcuerpo a mayor o menor velocidad de acuerdo con la densidad del mismo. Cuando la energa aumenta, puedeproducirse una modificacin de su VOLUMEN, por el efecto vibratorio. A este fenmeno lo denominamosdilatacin, es un tema importante a considerar en la construccin de los edificios. Pero este punto lo veremos enotra ocasin.Cuando el estado de la sustancia en consideracin es lquido o gaseoso, el estado vibratorio incrementado porel aumento de energa, produce el alejamiento una de otra, y se origina un movimiento de la materia, al no serretenidas por la cohesin del material. Cuanto menos denso es un material (menor cohesin) mayor es lavelocidad de desplazamiento de las molculas.

Es el fenmeno que tantas veces has observado, cuando colocas una olla con agua sobre el fuego. El aguacomenzara un movimiento que ser cada vez ms acelerado. Quin mueve el agua?. El creciente estadovibratorio de las molculas, producido por el aumento de la energa trmica contenida.A esta forma de transmisin de la ENERGA Trmica, la denominamos conveccin. La energa "mueve" lasmolculas a mayor o menor velocidad de acuerdo con la densidad del mismo.

Regresemos a la "PIEL" y el CONFORT, y su relacin con la ENERGA TRMICA.El cuerpo humano es una MAQUINA TRMICA, esto es, un organismo que produce energa trmica. Para quelo hace?, por la sencilla razn que la "vida" no es posible sin la existencia de este tipo de energa. De dondeproviene esta energa? de la transformacin de los alimentos.Una parte de la energa es distribuida por todos los rganos para posibilitar su funcionamiento. OTRA PARTEDE LA ENERGA SE UTILIZA PARA ESTABLECER UN EQUILIBRIO CON EL MEDIO AMBIENTE EN EL CUALESTAMOS "SUMERGIDOS".

Todos aprendimos en alguna ocasin que la temperatura de nuestro cuerpo es de aproximadamente 37 C.Cuando no funcionamos bien este valor crece ( y tambin puede decrecer que es ms grave).El "dialogo" con el "aire" que nos rodea se establece a travs de la PIEL. Que nos puede ocurrir?. Si nopodemos dispersar en el aire la temperatura que estamos en permanente produccin, sentiremos CALOR. Y porlo tanto una sensacin de DESCONFORT. Si perdemos ms energa trmica, que la que el cuerpo puedeproducir, sentiremos FRO, y tambin en este caso se afectara nuestra sensacin de confort.Establecer un equilibrio adecuado entre la energa que debemos dispersar y la dispersada, ser nuestroCONFORT.Claro esta que cada individuo tiene una organizacin diferenciada de su maquina trmica, que puede habercomido bien o estar con hambre, que estar en actividad o en reposo, que estar vestido o desnudo etc. Estoindica que los valores de temperatura adecuada para el CONFORT, establecido por las normas se refiere avalores promedios. Cada casa adecuar sus requerimientos a los hbitos y costumbres de sus habitantes.Nosotros, los arquitectos, deberemos disear el FUNCIONAMIENTO TRMICO de nuestros edificios para poder

cumplir con los requerimientos de CONFORT de sus habitantes.La ENERGA TRMICA, se relaciona con otros factores para producir un determinado efecto. los msimportantes son la PRESIN DE VAPOR DE AGUA, originada por el contenido de VAPOR DE AGUA en el aire,y el MOVIMIENTO DEL AIRE.A este tema nos referiremos en otra de las fichas, cuando consideremos los temas HIGROTRMICOS. De todasformas el protagonista fundamental de estos fenmenos es la ENERGA TRMICA.

Lo anteriormente expresado se "traduce" en un conjunto de definiciones que transcribimos.

FORMAS DE TRANSMISIN DE LA ENERGA TRMICA:

RADIACIN:Es el paso de energa trmica desde un foco productor, en sentido radial en todas las direcciones y en lnea

recta, con la velocidad de propagacin de la luz y transmitido a travs de aire, sin necesidad de contactoinmediato.La fuente de radiacin de energa trmica, por excelencia es el sol. En la vida moderna nos hemosacostumbrado tambin a otros usos de esta forma de energa cuando se transmite por radiacin, como son las


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conexiones inalmbricas de los equipos electrnicos. El caso tp ico es las computadoras, como son los ratonessin cable.

CONDUCCIN:Es el paso de calor de unas molculas a otras dentro de la misma sustancia o de varias sustancias puestas en

contacto. Los materiales buenos conductores, por lo tanto malos aislantes, de la energa trmica son en general,aquellos que poseen alto peso especfico.

CONVECCIN:Es el paso de energa trmica de un punto a otro de la masa de un fluido, transportado por el movimiento de lasmolculas de dicho fluido. Movimiento que se debe a las variaciones de densidad dentro de las porciones delfluido que reciben la energa trmica. El caso ms simple es el del aire. El aire ms cercano a una fuente deenerga trmica, se calienta, es menos denso y comienza a ascender, desplazando el aire menos calientehacia abajo, hacia la fuente de energa, para calentarse y repetir el ciclo. La densidad de los gases y de loslquidos se modifica con el contenido de energa trmica, por cuanto la misma aproxima o aleja las molculas.Cuando la temperatura se incrementa el aire contiene menos molculas, y por lo tanto es menos "pesado".

El bienestar trmico.Cada individuo concibe el bienestar trmico segn su metabolismo, su vestimenta, sus hbitos y las distintassensaciones del ambiente que lo contiene.Este espacio trmico est definido por parmetros fsicos.

Temperatura y humedad relativa del aire.La temperatura de confort ideal para un individuo con una vestimenta normal en un espacio cerrado, oscila entre

los 19 C (como mnimo en invierno); hasta los 26 C (como mximo en verano). Esta apreciacin puede variarsustancialmente con cambios significativos en la humedad relativa del aire.

Temperatura de radiacin.La asimetra de la temperatura de radiacin de paredes interiores o exteriores, como de la cubierta puede crearsensaciones desagradables y alejarnos de la estabilidad fsica que nos produce el confort; es as comopercibimos una molestia a partir de una diferencia de temperatura de 3 C entre la superficie interna delcerramiento y el ambiente; de una amplitud de 3 C entre la cabeza y los pies; o de 1,5 C entre dos caras delcuerpo. As mismo, la temperatura del suelo produce molestias si es menor a 15 C superior a los 26 C.

La velocidad del aire.Esta debe ser superior a 0,10 m/s para evitar la sensacin de confinamiento; pero cuando la velocidad del airesobrepasa los 0,15 m/s en invierno se percibe una desagradable "corriente de aire". Estos son valores

promedios, que no tienen en cuenta los fenmenos de turbulencia del aire que modifican totalmente la sensacina la que hacamos referencia, y tampoco diferencian las sensaciones particulares de cada persona.


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Resumen de condiciones de confort trmico:Temperatura ambiente: Verano de 23 C a 26 C Invierno de 19 C a 22 CDiferencia vertical de temperatura: Menor de 2 C a 3 CTemperatura de superficie en el suelo: En general de 15 C a 26 C - En losa radiante de 19 C a 26 CAsimetra de radiacin, efecto de pared fra: Menos de 3 C de diferencia entre la temperatura de la pared y la

del ambiente.Velocidad promedio del aire: Invierno menor a 15 m/s.

Elementos a considerar para que un diseo tecnolgico cumpla una funcin trmica.

La aislacin:Para poder generar el confort trmico requerido en cada local, es imprescindible reducir los intercambiostrmicos, producidos entre las superficies que contienen al local y el exterior. Esto se logra aislando todas lasparedes y techo en contacto directo con el exterior o con locales no acondicionados.Los materiales aislantes al paso del calor, son aquellos que por su constitucin fsica permiten contener en sumasa una elevada cantidad de aire confinado, es decir que no puede moverse.El aire es el mejor aislante trmico,..... si no est en movimiento.Como prueba de esto citaremos la llamada "Sensacin Trmica", que en invierno y por efecto del viento (aire en

movimiento), hace que la temperatura se "sienta" menor a la que marca el termmetro.Cuales son entonces los materiales, que poseen en su masa aire confinado?Aquellos que, con un gran volumen poseen poco peso, es decir que tienen un bajo Peso Especfico. Estacondicin esta indicando que el material contiene un gran cantidad de "poros", con aire confinado, de quiendepender su RESISTENCIA al paso de la energa trmica por CONDUCCIN.Cuanto menor sea el Peso Especfico de un material, en general, mejor aislante trmico ser.

Infiltraciones de aire:La estanqueidad al aire de una pared depende de las tcnicas constructivas empleadas en su construccin y dela ubicacin y cantidad de vanos. El ingreso de aire desde el exterior obliga a su calentamiento, o se produciruna reduccin de la temperatura interior, independiente de la aislacin de muros, techos y pisos.Las renovaciones del aire son requeridos por la calidad necesaria del mismo para su "consumo" por loshabitantes, pero el mismo debe ser controlado.

Los defectos de estanqueidad crean movimientos de aire interno (corrientes de aire) no controlados, queperjudican al confort.

La estanqueidad al vapor de agua: Ir a Funcin Higrotrmica.

Prdidas de calor en una viviendaEsta imagen de colores falsos muestra el calor que seescapa de una vivienda en forma de rayos infrarrojos.Las zonas negras son las que menos calor irradian,

mientras que las blancas (que coinciden con lasventanas) son las que ms calor pierden.

DEFINICIN DE TRMINOS EMPLEADOS EN LA FUNCIN TRMICA.

Comenzaremos definiendo, las unidades utilizadas:

Kcal: Kilocalora - W: Watt - m: metro - m2: metro cuadrado - h: hora - C: grado centgrado

Luego definimos:Lambda l : Coeficiente de Conductividad Trmica. VER tabla con valoresSe obtiene por ensayo de laboratorio, es propio de cada material e indica la aptitud de dicho material al paso dela energa trmica. El numero, variable para cada material, est indicando la cantidad de energa trmica
http://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/tablas/Tabla%20de%20conductividad.dochttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/tablas/Tabla%20de%20conductividad.dochttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/tablas/Tabla%20de%20conductividad.dochttp://localhost/var/www/apps/conversion/tmp/scratch_3/tablas/Tabla%20de%20conductividad.doc


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conducida a travs del material por unidad de espesor (Kc. M), por unidad de superficie (m2), por unidad detiempo (hora) y por unidad de grado de temperatura de diferencia entre ambas caras del material (en gradoscentgrados.Cuando se lea en bibliografa que utilice las unidades tcnicas tradicionales, estos valores aparecern en piescuadrados (la superficie), y en grados Fahrenheit la temperatura.

Su unidad se expresa en lambda = "x" Kcal / m2 h CReiteramos : La formula indica que el valor particular ("x") de cada material es la cantidad de energa trmica(expresada en kilocaloras o en watt) que es conducida por unidad de espesor (m) con relacin a la unidad desuperficie (m2); por unidad de tiempo (hora); y por unidad de temperatura (grado centgrado ) de diferencia entreel mbito de ingreso y el de egreso de la energa.

Cuando la formula se expresa en WATT se transforma en l = "x1" W m / m2 C

Donde desaparece el trmino tiempo "h", por cuanto el WATT es una unidad de energa en funcin tiempo (Wh).El valor numrico de "x1" (en watt) ser igual a "x" ( en Kcal) multiplicado por 1,16, que es la relacin demagnitud que existe en "Kcal" y "watt"

Resistencia "R": Coeficiente de Resistencia Trmica. Resistencia por masa.Se determina a partir de dividir el espesor del material en consideracin, por su coeficiente de conductividadtrmica. Indica, la resistencia que posee el material con el espesor dado al paso de la energa trmica. R =espesor / lambda.Su unidad se expresa en R = m2 h C / KcalO en la otra formulacin cuando se mide la energa en WATT R = m2 C / W

Resistencia Superficial o Laminar:Debe ser considerada a los efectos del calculo de la resistencia trmica. Es la resistencia que produce laspequeas partculas de aire que se encuentran adheridas a la superficie del cuerpo, esto es la lmina decontacto con el aire de todo material que quiere ser atravesado por la energa trmica. Para simplificar los clculos se la considera con un valor de 0,20 m2 h C / Kcal. Si esta expresada enWATT , ser (0.20 /1.16) m2 C / W.

Resistencia Trmica de un Muro, Techo o Piso:Es la sumatoria, de las resistencias de todos los materiales que lo componen, ms la resistencia superficial olaminar.

Transmitancia "K": Coeficiente de Transmitancia Trmica.Es la inversa de la resistencia trmica. Indica la cantidad de energa trmica que puede transmitir un material oun conjunto de ellos, por unidad de superficie, por unidad de tiempo, cuando la diferencia de temperatura entrelas masas de aire que se encuentran a ambos lados es la unidad. K = 1 / RSu unidad se expresa en K = "x" Kcal / m2 h C o K= "x" W / m2 C

Globalidad "G": Coeficiente Global de Transmitancia Trmica.Indica la transmitancia trmica por unidad de volumen. El tema es tratado en Construcciones I.

Es un coeficiente que mide el comportamiento de todas las partes del edificio, muros, carpinteras, techo y pisos,ms la renovacin del aire. Es un coeficiente que solo considera el funcionamiento en invierno, esto es cuandola temperatura exterior es menor de la de confort.Su unidad se expresa en G = Kcal / m3 h.C o G= W / m3 C

Reglamentacin trmica en Argentina.

En Argentina, rigen las normas IRAM 11601, 11603, 11604 y 11605. Estas normas establecen las condicionestrmicas que deben cumplir las viviendas.La norma 11605, establece los valores mximos del K, para muros exteriores y techos, para la situacin deinvierno y de veranoLa norma 11604, establece los valores mximos de G, que deben poseer las viviendas para evitar unconsumo energtico exagerado para calefaccionarse.

FIN.

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