Introducción

En este trabajo tenemos como objetivo determinar los niveles de confort

térmico de una vivienda. El confort térmico es una sensación neutra de la persona

respecto a un ambiente térmico determinado.

Para el mismo se tuvo en cuenta un modelo de vivienda con las siguientes

características:

Paredes bien aisladas de 25.00 cm de espesor y 350 m2 de área. Techo de

madera de 15 cm de espesor y 280 m2 de área y ventanas descubiertas de 0,65

cm de espesor y un área total de 28m2.

En la realización del mismo se analizaron:

Las partes que componen la estructura aislante

Las condiciones ambientales externas e internas

Las dimensiones de los elementos utilizados

Calculo de las pérdidas y ganancias de energía térmica

Identificación de las zonas de mayor y menor perdida y ganancia de

energía termina

Luego de analizar dichos factores hemos propuesto diferentes alternativas

para lograr una aislación más eficiente.

ANÁLISIS DE LAS PARTES QUE COMPONEN LA ESTRUCTURA AISLANTE

Al realizar el aislamiento por el exterior lo que estamos haciendo es forrar materialmente todo el edificio, dejando una gran masa de material interior que, en el momento en que se interrumpe la emisión calórica, la temperatura interna desciende lentamente a causa de la irradiación de calor que efectúan las paredes en este caso como acumulación de calor. (Ver figura 1).

También se produce un intercambio de calor por la superficie del cerramiento, por lo tanto, analizamos como actúan las partes aislantes en esta sección. (Figura 2)

Figura 1: Esquema de muros Exteriores

Figura 2. Esquema del techo

A continuación se analizaran cada uno de los materiales utilizados en la vivienda.

Espuma de poliestireno expandido:

Material aislante sintético derivado del benceno, que proviene de la dilatación de la hulla o del petróleo. El poliestireno al ser uno de los mejores aislantes térmicos, se usa ampliamente en la construcción de edificios ahorradores de energía. Un edificio aislado adecuadamente con espuma de poliestireno puede reducir la energía utilizada para climatizarlo hasta un 40%.

Cámara de aire:

El mejor aislante térmico es el vacío, pero debido a la gran dificultad para obtener y mantener condiciones de vacío, éste se emplea en muy pocas ocasiones. En la práctica se utilizaaire, que gracias a su baja conductividad térmica y un bajo coeficiente de absorción de la radiación, constituye un elemento muy resistente al paso de calor. Sin embargo, el fenómeno de convección que se origina en las cámaras de aire aumenta sensiblemente su capacidad de transferencia térmica. Además el aire debe de estar seco, sin humedad, lo que es difícil de conseguir en las cámaras de aire.

Pintura asfáltica:

Es una solución asfáltica en solvente de secado ultra rápido. Actúa como imprimante de techados asfálticos exigida por normas IRAM 5646 de todo tipo. Por sus características, puede ser usado como protección anticorrosiva, impermeabilizaciones ligeras en metal, madera, fibrocemento, hormigón, capa aisladora, medio de anclaje, etc.

Azotado hidrófugo (ISOTELCO): Revoque Premezclado de elevado poder Termoaislante, utilizado para paredes, cielorrasos y medianeras.

Ladrillos, tejas: Los materiales de cerámica , como los ladrillos , el vidrio la loza , los ailantes y los abrasivos , tienen escasas conductividad tanto electrica como termica y aunque pueden tener buena resistencia y dureza son deficientes en ductilidad , conformabilidad y resistencia al impacto.

CONDICIONES AMBIENTALES

Como mencionamos anteriormente, lo que este estudio busca es determinar los niveles de confort térmico de la vivienda en cuestión. Recordemos que el confort térmico depende de varios parámetros globales externos (temperatura del aire, velocidad del aire, humedad relativa) y otros específicos internos (actividad física desarrollada, cantidad de ropa o metabolismo de cada individuo, entre otros).

Los parámetros externos que interactúan entre sí para lograr un confort térmico son:

Temperatura del ambiente: rango de 18 a 26 ºC

Velocidad del aire: rango de 0 y 2 m/s

Humedad relativa: rango de 40 y 65%

En la casa a analizar, la temperatura exterior es de -5ºC, y la temperatura requerida para estar en un confort térmico es de 20ºC.

CÁLCULO DE LAS PÉRDIDAS Y GANANCIAS DE LA ENERGÍA TÉRMICA

Para poder trabajar con los distintas partes que componen la estructura, es necesario dimensionar cada elemento. En el plano siguiente se denotan claramente las dimensiones de la vivienda (figura 3) y en las tablas que se encuentran a continuación se expresan los espesores asignados a cada material, y utilizados para nuestros cálculos.

Figura 3: Plano de la vivienda

Muros exteriores:

MATERIAL ESPESOR (m)Aire 0,065Hidrófugo (ISOLTECO) 0,015Ladrillo vista 0,05Ladrillo int. 0,115Pintura asfáltica 0,005

TOTAL 0,25

Techo:

MATERIAL ESPESOR (m)Poliestireno 0,02Madera 0,09Tejas 0,035Aislación hidrófuga 0,005

TOTAL 0,15

Para poder calcular la razón con la que se debe suministrarle calor a la casa para que su temperatura esté a 20ºC, siendo -5ºC la temperatura exterior, el primer cálculo que se realiza es el de la resistencia térmica de cada elemento.

Para esto se utiliza la fórmula:

Siendo: Ri: resistencia de cada materialei: espesor de cada materialKi: constante de conductividad de cada materialAi: área donde está presente cada material

Para evitar la posibilidad de arrastrar errores de cálculos, y por practicidad, decidimos armar una tabla en el software Excel y cargar los datos necesarios para obtener las resistencias buscadas y hallamos la resistencia total de cada parte como la suma de las resistencias de los elementos que la componen.

MATERIALK

(W/m.K)ESPESOR (m)

ÁREA (m2)

RESIST. TÉRMICA

(K/W)

RESIST. TOTAL (K/W)

Mur

os

Aire 0,02 0,065 350 0,009285714Hidrófugo (ISOLTECO) 0,051 0,015 350 0,000840336Ladrillo vista 0,8 0,05 350 0,000178571Ladrillo int. 0,8 0,115 350 0,000410714

0,010715336

Tech

o

Poliestireno 0,049 0,02 280 0,001457726Madera 0,08 0,09 280 0,004017857

Tejas 0,8 0,035 2800,00015625

0,005631833

Vidrio 0,8 0,0065 28 0,0002901790,000290179

Realizados estos cálculos, se utiliza el valor de la resistencia total de cada parte para hallar su correspondiente intensidad calorífica (H), aplicando el concepto de Resistencia en serie, de la forma:

(Ecuación 1)

Donde: ΔT: amplitud de temperatura (T interior – T exterior)Rt: Resistencia total de la parte

Es decir que: Para los muros exteriores:

Para el techo:

Para las ventanas:

De esta forma se calculó cual es la intensidad calorífica de cada parte. Para realizar un cálculo de la intensidad calorífica de la vivienda en total, es necesario trabajar con el concepto de Resistencia en paralelo. Para ello, hallamos la resistencia total de la forma:

Entonces, reemplazando los valores:

Aplicando este valor en la ecuación 1, presentada anteriormente, obtenemos:

Por lo tanto, la intensidad calorífica necesaria para llegar a una temperatura de 20ºC en la vivienda estudiada es de 92908,48 W.

Teniendo en cuenta esto, se realiza el cálculo de la razón de flujo de calor a través de los muros, techos y ventanas:

Como podemos apreciar en los cálculos anteriores, por las aberturas se dá

una mayor pérdida de calor, mientras los muros son los de menor conductividad

térmica.

Respondiendo al problema que se nos presenta en segunda instancia, realizaremos la estimación de la cantidad de calor que deberá suministrarse para aumentar la temperatura de la vivienda desde los 10ºC hasta los 20ºC en 30 minutos.

Para calcular esto se utiliza la fórmula siguiente:

ΔQ= Ce .m. ΔTDonde: ΔQ: cantidad de calor

Ce: calor específico del aireM: masa del aireΔT: amplitud de temperatura

Conociendo el valor de la densidad del aire, y el volumen de aire presente, hallamos la masa de aire:

δ aire(Kg/m3)Vol aire (m3)

Masa aire (Kg)

1,2 700 840

Ce aire(KJ.Kg-1.°C-1)M aire (kg)

ΔT (°C) ΔQ (KJ) ΔQ (cal)ΔQ/Δt

(cal/min)1,012 840 10 8500,8 2033684,21 67789,47368

Con este dato, armamos la siguiente tabla que resuelve la cuestión, utilizando el Excel.

Por lo tanto, con Δt= 30 minutos, el calor a suministrarle a la casa es de 67789,47 Cal/min.

SOLUCIONES PROPUESTAS

Desde el análisis realizado anteriormente podemos concluir que existen grandes pérdidas de calor con el sistema aislante propuesto, por lo que desde nuestro punto de vista, desarrollaremos una posible solución a este problema.

Se noto que la mayor pérdida de calor se observa en la zona de las aberturas, por este motivo, optamos por proponer, una abertura de doble vidrio con una cámara de aire entre ambas, para evitar el problema característico de este tipo de ventanas que es el mantenimiento del interior libre de hongos y humedad, es conveniente usar algún gas inerte en el interior, por ejemplo N2 o Ar a una ligera sobre presión y algún tipo de sílica para absorber la humedad (agua) y el gas neutro impide el crecimiento de hongos.En tanto para las paredes, en lugar de la cámara de aire, colocaríamos espuma de poliuretano, a través de una proyección de una capa de 3 a 6 cm lo que brindaría una mejor aislación térmica ya que dicho material posee una constante de conductividad pequeña lo que le otorga mayor resistencia.

Para los techos, se pensó en realizar un cielorraso de durlock, con una buena separación con el techo de tejas, colocándole una membrana aislante, recubierta con aluminio, lo que reducirá la perdida de calor.

Conclusión

La aislación térmica es un tema sumamente importante a la hora de habitar una casa, ya que una buena aislación, no solo protege, sino también cuida su ambiente interno del externo generando una excelente habitabilidad y confort, consume menos combustible al calefaccionar o refrigerar evitando las ganancias de calor en verano y perdidas de calor en invierno, lo que se traduce en ahorro de dinero.

Dados los factores anteriores, nos pareció de gran interés tener conocimiento del tema, ya que como futuros Ing. Civiles, debemos considerar todo lo relacionado a la aislación para que los futuros usuarios, se sientan en un confort térmico adecuado.