Tengo una habitación «fría» en casa, en la cuál no me siento a gusto, a pesar de que en invierno, tengo siempre encendido el radiador y en verano, aunque tengo aire acondicionado es un horno, además tiene humedades por condensación, tendría que hacer algo, pero no quiero meterme en obras, parece que con «PINTAGEL» puedo aislar pintando, pero no sé como funciona.
Transmisión del calor:
De la segunda ley de la Termodinámica se deriva que, en un proceso natural, el calor se transfiere siempre de un cuerpo con mayor temperatura a uno con menor temperatura y nunca al contrario, hasta alcanzar una temperatura de equilibrio, ya sea por conducción, convección o radiación. En invierno para compensar esta transferencia de calor hacia el exterior encendemos el radiador y en verano para evitar que entre, hacia el interior, utilizamos el aire acondicionado. El sistema de calefacción más utilizado en nuestros hogares, es la calefacción por convección, a partir de uno o varios radiadores, propagándose el calor de estas maneras.
Esta figura representa los tres modos de transmisión del calor. En A hay un convector/radiador que se encuentra a la temperatura T. El aire que lo envuelve es calentado por conducción; ascenderá por convección y se pondrá en contacto con los paramentos que dan al exterior. Allí cederá parte de su calor a las paredes, se enfriará, bajará y volverá al radiador para ocupar el espacio dejado por una nueva masa de aire caliente, procedente del radiador. Por otra parte el calor radiante emana del convector/radiador en línea recta hacia las paredes. Así pues por medio de la convección y la radiación se calienta la cara interna de la pared, que alcanza la temperatura t1. Parte de su calor es transmitido por conducción a través de la pared, llevando la temperatura exterior de la pared a t2, dónde se disipará por fenómenos de convección y radiación (fext.). La temperatura t1 es normalmente inferior a tint. por el fenómeno conocido por «transmisión superficial» fint . Por su parte t2 , evidentemente, será mayor que text. Las temperaturas interiores y exteriores podemos representarlas mediante ordenadas y abscisas, en una gráfica:
Como las temperaturas en el interior del recinto habitacional no son «estáticas» sino,, que el proceso es continuo cuando notamos falta de confort las paredes «frías» -se aprecian simplemente al tacto, con la palma de la mano- distorsionan la «temperatura de confort» y es cuando notamos una «temperatura de sensación» desagradable, que nos lleva a pensar que hay que hacer algo.
Ejemplo práctico:
Vamos a pensar que tenemos un dormitorio de medidas 4 x 3 x 2,50 m.de alto, un radiador de 1,20 x 0,50 a unos 50ºC +/-, una ventana de 1,45 x 1,30 de cristal doble y dos paredes al exterior con una temperatura superficial interior de 19ºC y vamos a aislar por dentro con «PINTAGEL», las paredes que dan al exterior y el techo de la habitación, a ver que pasa.
Radiación: Para saber cuanto calor irradia un elemento calefactor en el infrarrojo lejano que se comporta como un cuerpo negro a muy baja temperatura acudimos a una ecuación simplificada de la Ley de Stefan-Boltznan.
Qe = Єa • σ (T4radiador-T4 superficial de las paredes)4 (w/m2)
Donde: Qe: Balance de irradiación del calefactor. Є= Emisividad: 0,97 σ= Constante: 5,67 • 10-8 (w/m2) T4= Temperatura en ºK elevada a la 4ª Potencia.
Calor radiante del calefactor Qe= 0,98 • 5,67 • 10-8 ( 304ºK)4 = 474,57 (w/m2)
Medidas del radiador 1,20 x 0,50 m = 0,60 m2 x 474,57 = 284,40 (w/m2).
Convección: Se produce al rozar el aire interior de la habitación la envolvente del elemento radiante, el aire se calienta ,se dilata y disminuye su densidad elevándose hasta la parte superior de la habitación, donde cederá parte de su calor en las paredes del recinto, se enfriará y comenzará de nuevo el ciclo, cuanto mayor sea su velocidad de rotación más rápido bajará su temperatura, este tipo de transferencia sigue la ley de enfriamiento de NEWTON.
Q= hc · S · ∆T
Q; Flujo calórico x unidad de tiempo (W) ; hc (W Flujo calórico x unidad de tiempo= 0,20 x 21 m2 x 14,80ºC = 62,16 w
Conducción: Se produce si hay diferencia de temperaturas entre dos partes de un medio conductor, forjados, paredes exteriores, ventanas, cajas de persianas etc.. este tipo de transferencia sigue la ley de FOURIER.
Q= k · S · ∆T
Q; Flujo calórico x unidad de tiempo (W); Conductividad Térmica del material ƛ (W/m2K); S: Superficie de transferencia (m2);∆T Diferencia de temperatura.
Calculamos como si todo el cerramiento fuera de obra de fábrica, ya que cada elemento que interviene en el proceso tiene un coeficiente de conductividad térmica distinto, no es lo mismo la conductividad térmica de un pilar, que la del vidrio de la ventana, o la de la caja de la persiana.
Flujo calórico x Conducción Q= 0,8 x 21 m2 x 14,80ºC = 248,64 w
A continuación vemos que aporte calórico desde el elemento calefactor, se disipa constantemente por el continente de la habitación. Cuando encendemos el radiador, para obtener un aumento de temperatura uniforme en la habitación tenemos que calentar no solo el aire interior sino la «piel» de la misma, si los cerramientos que dan al exterior están «fríos» y les aportamos un flujo de calor cambian su temperatura pudiendo acumular grandes cantidades de calor o capacidad térmica debido a su gran masa, según la siguiente expresión:
Ct = m x ɣ = Є x D x ɣ (Kj/m2 ºC o Kcal/m2 ºC)
Ct= Capacidad Térmica; m= masa superficial; ɣ= calor específico en (Kj/m2 ºC o Kcal/m2 ºC)*; D= densidad
* Calor especifico ɣ: Cantidad de energía necesaria para aumentar 1ºC una unidad de masa de 1 Kg. en el caso del ladrillo común es de 1.800 Kgs/m2.
La cantidad de energía E (Kj o Kcal) que acumula un cerramiento depende de su capacidad térmica Ct, del incremento de temperatura ΔT y de su superficie S, según la siguiente expresión:
E = Ct x ΔT x S
En el ejemplo anterior por conducción simple se produce una transferencia térmica al exterior o hacia el interior según donde este la zona más caliente, para aumentar la temperatura de los cerramientos exteriores de 10 cms. de espesor y también la del aire interior se precisa aportar la siguiente cantidad de calor (No contemplamos el resto de los cerramientos, ni la distorsión de la ventana).
Capacidad térmica del cerramiento exterior:
Ct = e x D x ɣ = 0,10 m x 1.800 Kg/m2 x 0,8 KJ/KgºC = 144(KJ/m2 ºC)
Energía acumulada E en los cerramientos exteriores con una S = (4 m+3 m) x 2,50 m = 17,50 m2
E = Ct x ΔT x S = 144 KJ/m2 ºC x 1ºC x 17,50 m2 = 2.520 (KJ).
En contraste, la energía acumulada E en el aire interior de la habitación con volumen V= 4 x 3 x 2,50 m = 30 m3 con densidad D =1,2 Kg/m3 y un calor específico ɣ = 1.0 KJ/Kg ºC.
E= V x D x ΔT x ɣ = 17,50 m3 x 1,2 kg/m3 x 1ºC x 1,0 KJ/Kg ºC = 21 (KJ)
Vemos que necesitamos una gran cantidad de energía E para modificar ligeramente la temperatura de los cerramientos de la habitación, que en el ejemplo es casi de unas 120 veces superior a la necesaria para calentar el volumen que dicha habitación contiene. Si aplicamos sobre estos cerramientos «PINTAGEL» en dos capas con un espesor de medio de 800 micras, evitamos que el calor necesario para mantener el aire a una temperatura de confort se disipe por estos paramentos.
Y como “PINTAGEL” es una capa homogénea, utilizamos, para calcular el flujo de calor a través del mismo la Ley de Fourier:
Q= 4ºC x 0,037 w/mºC / 0,0008 m(w/m2 ) = 185,00 w/m2 x 0,86 = 159,10 Kcal./hm.
Q=Flujo de calor ; ∆T= Diferencia de temperatura 77ºC; ʎ =Coeficiente de transmisión térmica de “PINTAGEL” 0,037 w/mºC; e= Espesor 0,005 m-5 mm.
Como conocemos el espesor y el coeficiente de conductividad térmica (ʎ) de “PINTAGEL” se puede calcular su resistencia térmica R (m² ºC/W), mediante la expresión:
R(m² ºC/W) = e(m) / ʎ (W/mºC) = 0,0008 m (800 micras)/ 0,037 w/mºC = 0,02 w/m²
La resistencia térmica total sería este valor más la resistencia superficial interior, cuyo valor en tablas es de 0,20 w/m2 con lo que:
Rt = R + Rsi ; R= O,02 + 0,20 = 0,22 w/m2.
Rt= Resistencia térmica total; R: Resistencia térmica para 800 micras de «PINTAGEL»; Rsi: Resistencia térmica superficial interior.
Y el flujo de calor Q con este valor de resistencia térmica para el espesor indicado también podemos estimarlo por la expresión:
Q= ∆T / R (W/m² ) = 4ºC /0,22 w/m.² x 0,86 = 15,63 kcal.m² h ºC
1 w/m ² = 0.86 Kcal/hm²
La Potencia o flujo total de calor emitido P se determina por la expresión:
P = Q • S (W o Kcal/h)
Q= Flujo de calor .
S = Superficie total del elemento aislado en m² .