Multiplicadores de transferencia de calor para las construcciones

Los multiplicadores de transferencia de calor para la mayoría de los tipos de  construcción se listan en las Tablas para calefacción y para enfriamiento que por ser tan extensa y por falta de espacio es imposible incluirlas. Ocasionalmente se encuentran construcciones que no están incluidas en estas  descripciones generales. Un procedimiento para determinar los multiplicadores de transferencia de calor para las construcciones, a continuación lo abordaremos.

CONDUCTA Y RESISTENCIA

Hay dos modos en los cuales las características de transmisión de calor de una construcción pueden evaluarse. La conductancia térmica es el concepto más comúnmente usado. Expresa la cantidad de calor que fluye cada hora a través de un pie cuadrado de una construcción por cada grado Fahrenheit de una diferencia de temperatura.

La conductancia de una construcción puede calcularse directamente. La aritmética involucrada en esto no es compleja, pero puede ser confusa. La resistencia térmica es un concepto que es más fácilmente aplicado. La conductancia y la resistencia están directamente relacionados en que el valor U de una construcción es igual a uno dividido  por la resistencia térmica de la construcción (u= 1/R).

La resistencia térmica es la caída de temperatura en grados Fahrenheit a través de una barrera de calor, cuando el calor esta pasando a través de la barrera a la rata de 1,0 Btuh por pie cuadrado a la superficie por hora. Así, la resistencia térmica se expresa en grados por Btuh por pie cuadrado. Valores numéricos mayores de resistencia térmica indican mejor barrera de calor. A causa de que las unidades de resistencia térmica son poco comunes, el término de unidades de resistencia es el más comúnmente usado. Se abrevia ur.

COMPONENTES DE LA RESISTENCIA

El concepto de resistencia térmica es fácil de aplicar a causa de que la resistencia térmica total de una pared o cieloraso es igual a la suma de las resistencias térmicas de cada componente de la construcción. Para calcular la resistencia térmica:

A. Identifique cada componente
B. Determine la resistencia térmica de cada componente
C. Añada a estas resistencia térmica para obtener la resistencia térmica total de la construcción.

Los componentes que deben considerarse cuando se determina la resistencia térmica de una construcción son:

A. Superficies de aire, interior y exterior.
B. Espacios de Aire – al menor de ¾  pulg. de espesor –entre materiales de construcción.
C. Materiales de Construcción incluyendo los materiales de acabado interior y exterior y el aislamiento cuando se usa.

SUPERFICIES DE AIRE

La resistencia de la superficie de aire depende del espesor de la película de aire depende del espesor de la película de aire que esta adyacente a la superficie. El espesor de la película de aire depende del movimiento de aire cerca de la superficie y de la dirección en la cual fluye el calor. Por ejemplo, la película de aire adyacente a una superficie exterior está siendo continuamente barrida por el viento. Consecuencialmente, no es tan gruesa como la película de aire adyacente a la superficie interior ya que el aire del cuarto no0 se esta moviendo tan rápidamente y hay poca o ninguna acción de barrido. Las corrientes de aire natural también afectan el espesor de la película de aire y crean una película más gruesa cuando el calor fluye hacia abajo a o desde una superficie horizontal que cuando el calor fluye hacia arriba.

Las características térmicas de la superficie de los materiales también afectan la resistencia del aire en la superficie. Las superficies reflectivas o brillantes tienen resistencias térmicas mayores que las superficies no reflectivas. El termino no reflectivo describe madera, repello, ladrillo u otros materiales de construcción comunes. Por ejemplo, la Tabla 1, Número 1 incluye una superficie horizontal la cual tiene una resistencia térmica de 0,61  ur, cuando el flujo de calor es hacia arriba y la superficie es no reflectiva. Una superficie similar tiene una resistencia térmica de 1,32 ur, sin embargo, cuando el flujo de calor es hacia arriba y la superficie es foil de aluminio brillante. Una superficie horizontal con el calor fluyendo hacia arriba usualmente será una superficie tal como un cielo raso. Una superficie de foil de aluminio que encara un espacio con ático se considera como reflectivo. Se sugiere que esta recomendación sea seguida cuando se usa la información en la tabla 1 de valores de resistencia para construcción y aislamiento:

La resistencia de una superficie de aire es 1,17 ur para una superficie expuesta a un viento de 15 millas por hora. Este valor se aplica independientemente de la dirección del flujo de calor, la dirección en la cual está la superficie o el tipo de material de la superficie.

ESPACIOS DE AIRE

Un espacio de aire es aquel totalmente encerrado de ancho y espesor limitados. Por ejemplo, un espacio formado entres dos cuartones y las paredes interior y exterior, se considera un espacio de aire. Un espacio de aire menor de ¾  pulg. de espesor prácticamente no tiene valor aislante y no se considera cuando se determina la resistencia térmica de una construcción. Así, si se instala un aislamiento de 3 pulg. en un espacio de aire de 3  5/8  pulg. el espacio de aire resultante sería menos de  ¾  pulg. de espesor y no se consideraría en el cálculo de resistencia térmica. La resistencia térmica de un espacio de aire está afectada por la dirección del flujo de calor y el tipo de material frente al espacio de aire. Por ejemplo, la resistencia térmica de un espacio de aire vertical con flujo de calor horizontal es 0,97 ur cuando esta frente a un material no reflectivo. Si fuera un espacio horizontal con flujo de calor hacia arriba, la resistencia térmica sería 0,85 ur.

Valores para espacios de aire con diferentes tipos de superficies, se incluye en la tabla de valores anexa. Estas superficies son foil de aluminio brillante, aluminio pintado o papel recubierto y materiales no reflectivas. Si al menos una superficie del espacio de aire tiene foil de aluminio brillante, el espacio de aire se considera reflectivo se usa el valor de resistencia mayor. Un ejemplo es un espacio de aire recubierto en un lado con lámina de yeso que tienen su parte posterior un foil. Similarmente si un lado del espacio de aire esta encerrado por una superficie compuesta de papel recubierto con aluminio o pintado, se usa el valor de resistencia para “Papel Pintado de Aluminio”. Los valores de resistencia no reflectiva se aplican a los empaques de aire completamente encerrados por  materiales ordinarios de construcción tales como láminas de yeso, madera, materiales de mampostería, etc.

RESISTENCIA TERMICA DE
MATERIALES DE CONSTRUCCION

La resistencia térmica de una pared, cieloraso o piso es la suma de las resistencias térmicas de la superficies de aire, los espacios de aire y los materiales de construcción. La resistencia térmica de cada componente de construcción depende de lo siguiente:

1. El espesor del material.
2. La habilidad del material para resistir el flujo de calor.

Algunos tipos de materiales de construcción pueden usarse en muchos espesores y son uniformes a través de este espesor tal como en el caso de un piso o pared de concreto fundido. Así la resistencia térmica del concreto, es si resistencia por pulgada de espesor multiplicada por el espesor de la pared en pulgadas.

Otros materiales de construcción son comúnmente fabricados y vendidos en varios espesores estándar (tal como madera, aislamiento fibroso, concreto y laminas aislantes). Por ejemplo, el aislamiento fibroso a menudo es vendido en mantas o bloques disponibles en los espesores mostrados en la tabla 2. Similarmente, la madera usualmente se obtiene en tablas de 1,2,4 y 6 pulg. Sin embargo las dimensiones de las tablas de madera son nominales y una tabla de 1 pulg. por ejemplo, es cerca de 25/32 pulg. de espesor. Similarmente, una tabla de 2 pulg. tiene 1 5/8 pulg. de espesor, una tabla de 4 pulg. tiene 3 5/8 de espesor, etc.

Un tercer tipo de material de construcción se produce en tamaños estándar. Son ejemplos de este tipo de material el ladrillo, bloque de concreto y tablón. A causa de que estos materiales a menudo tienen agujeros incorporados en su interior, no es posible demostrar su resistencia térmica por pulgada de espesor. Consecuencialmente, los valores de resistencia térmica se dan para los tamaños estándar indicados.

Las ultimas secciones de la Tabla 1 incluyen la resistencia térmica de muchos materiales de construcción. Algunos de estos se listan para una pulgadas de espesor y otros para espesores específicos. Por ejemplo, en el numero 4, la resistencia térmica de la lámina de asbesto cemento aparece como 0,25 ur por pulgadas de espesor. Sin embargo uno de los espesores más comúnmente usados, es 1/8  pulg.  y su resistencia es listada como 0,03 ur. La resistencia térmica de materiales tales como lana mineral fibrosa se lista sólo en la base de una pulgada de espesor. Para obtener la resistencia térmica de este material, la resistencia por pulgada de espesor, 3,370 ur, se multiplica por el espesor de pulgadas. El concreto tal como el compuesto del cemento y arena y grava, el cual no ha sido secado al horno, tiene una resistencia térmica de 0,08 ur  por pulgada de espesor. La resistencia térmica de una pared de concreto fundido de 8 pulg. es 8 x 0,64 ur.

MICA DE PAREDES

Como un ejemplo del cálculo de la resistencia térmica de una pared compuesta, considere una pared que tiene recubrimiento exterior de madera, aislamiento de 25/32  de pulg. y lámina de yeso de 3/8 pulg. y ½ pulg. de repello en el interior.

Para este ejemplo, el valor de U es igual a 0,196 (1/5, 11). Cuando se redondea a dos valores decimales, será igual a 0,20. Si se colocan dos pulgadas de aislamiento ( R-7) a esta construcción, la resistencia térmica es 12,11 ur (5,11+7,00) y el valor de U es 0,083 ó 0,08. Las resistencias térmica de cieloraso y pisos se calculan en una manera similar, pero los valores de la resistencia de los componentes varían a causa de la dirección del flujo de calor y otros factores. Una vez que el valor de U ha sido determinado, el multiplicador de transferencia de calor para calentamiento se obtiene multiplicando el valor U por la diferencia de temperatura de diseño. Para obtener el multiplicador de transferencia de calor para enfriamiento, el valor de U se multiplica por la diferencia de temperatura equivalente. Valores de diferencia de temperatura equivalentes para construcciones promedio y condiciones de diseño normales se incluyen en la Tabla 2. Los factores de infiltración que deben considerarse cuando se calcula la ganancia de calor a través de puertas y paredes se incluyen en la Tabla de Valores.

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