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Control Térmico a través de la envolvente arquitectónica

Método de Balance Térmico

Definiciones y conceptos básicos Energía

Calor ‐ forma de energía en tránsito que cruza las fronteras de un sistema y va de una parte de + temperatura a una de ‐ temperatura. 

Termodinámica

-T2

T1>T2e

CALOR TEMPERATURA

Principios Generales El flujo de energía en una estructura se basa en los principios de la termodinámica

La 1° ley establece que la energía no se crea ni se destruye, solo se transforma.

La 2° ley dice que la energía calorífica siempre fluye de un cuerpo de mayor a otro de menor temperatura.

La transferencia directa de calor puede darse a través de 3 mecanismos:

CONDUCCIÓN, CONVECCIÓN Y RADIACIÓN.

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Propiedades térmicas de los Materiales Densidad (kg/m3)

Conductividad k (W/mºC) y 

Resistividad (mºC/W)

Conductancia (W/m2 °C) y 

Resistencia R=e/k (m2 °C/W)

Valor R 

Calor Específico Ce (J/kg °C)

Calor Específico volumétrico (Kj/m3 °C)

Capacidad Térmica (J/m2 °C)

Propiedades ópticas Los cuerpos emiten radiación en virtud de su temperatura (t) y su emisividad (e). 

La radiación recibida es parcialmente absorbida, reflejada y transmitida en virtud de sus propiedades ópticas: la absortividad (a), la reflectividad (r) y la transmisividad (t). 

La radiación incidente es igual a la suma de las fracciones absorbidas, reflejada y transmitida.

1

+ + = 1

Fuente: Izard y Guyot, 1980.

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Intercambios térmicos entre la edificación y el medio ambiente

1 = Radiación solar directa2 = Radiación solar difusa3 = Radiación solar reflejada 4 = Radiación solar a través de vanos5 = Radiación infrarroja larga6 = Conducción a través de elementos opacos

7 = Conducción a través del suelo8 = Conducción a través de ventanas9 = Transferencia de masa10 = Electrodomésticos, iluminación11 = Aporte térmico de los individuos12 = Procesos evaporativos

Qi+Qs+/-Qc+/- Qv+/-Qinf+/-Qm=0

Qi

Qinfl

Qi

Qc

Qc

Qc

Qc

Qc

Qv

Qs

Qs

Balance térmico

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Flujo de calorSu magnitud puede medirse de 2 maneras.

1. Como la tasa de flujo de calor (Q), o simplemente flujo de calor, esto es el flujo total de calor por unidad de tiempo a través de un área especifica de un cuerpo o espacio, en J/s.  1 j/s = 1 watt (W) . 

2. Como la densidad de flujo de calor () es decir el flujo de calor por unidad de área, se mide en W/m2. 

Flujo de calor por CONDUCCIÓN Para elementos constructivos constituidos por varios materiales, deberán sumarse las resistencias individuales de cada material

La CONDUCTANCIA será igual al recíproco de la RESISTENCIA TOTAL

La letra U mayúscula es el símbolo utilizado en la construcción para la

TRANSMITANCIA TÉRMICA

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Transmitacia térmica (Valor U) Medida de calor que fluye por unidad de tiempo y superficie, transferido a través de un sistema constructivo, formado por una o más capas de material, de caras plano paralelas, cuando hay un gradiente térmico de 1°C (1 K) de temperatura entre los dos ambientes que éste separa. 

Incluye las resistencias térmicas superficiales de ambas caras del elemento constructivo

W/m2°C

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Flujo de calor por CONVECCIÓN Transferencia de calor en líquidos y gases.  Es más rápida que la conducción.  La magnitud del flujo de calor depende de las diferencias de densidad producidas por las diferencias de temperatura, lo que provoca la circulaciones convectivas. 

Implica un proceso de mezclado. Dos casos: 1. entre superficie de un material y un fluido ‐ depende del área 

superficial expuesta, de la diferencia de temperatura entre superficie y aire, del coeficiente de convección (calculado por viscosidad, velocidad del aire, configuración física y textura de la superficie) – flujo de aire laminar o turbulento.

2. pérdidas o ganancias por intercambio de aire con el exterior, ya sea por infiltraciones o ventilación deliberada.

Flujo calorífico por convección superficialCoeficiente de convección

Flujo calorífico por ventilación/infiltración

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Flujo de calor por RADIACIÓN Transferencia de energía a través de ondas electromagnéticas de 

amplio espectro No requiere presencia de materia Conversión de energía radiante en térmica y vicecersa Radiación térmica: emitida por cuerpos cuyas moléculas han sido 

excitadas por energía térmica Absorbida – emitida y reflejada Intensidad de energía radiante depende de:

Distancia a la fuente de energía Ángulo de incidencia Temperatura de los cuerpos radiante y receptor Cualidades de absortancia (), y emitancia () de las superficies

Superficies opacas

Superficies vidriadas

Traslúcidas o transparentes

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Factor de ganancia solar

Para superficies acristaladas

Conductancia y resistencia superficiales

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Balance térmico Existe balance

térmico cuando la suma de todos los flujos de calor es igual a 0

Cuando la suma sea mayor a 0, la temperatura interior se incrementará

Retardo térmico y Amortiguación

CONCLUSIONES

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EJEMPLOS: videos y links Hoja de cálculo (excel) Videos energía-calor-materia Videos simuladores (software)

http://youtu.be/S-nxt8qsGlYhttp://youtu.be/RfHKrAdT8cQhttps://www.youtube.com/watch?v=n-x0pql3Vschttps://www.youtube.com/watch?v=LEo6Bqavyfo