Arquitectura. Fenómenos térmicos en la construcción

Transcripción

1 Arquitectura Fenómenos térmicos en la construcción Posee gran importancia en cualquier proyecto arquitectónico. En forma promedio para obtener un ambiente optimo desde el punto de vista térmico una persona debe estar en un ambiente en el que el aire se halle a 17*c y la humedad relativa sea 50%, estos valores pueden variar según la edad, vestimenta, actividad, etc... TEMPERATURA Y CALOR temperatura : es la medida de la energía cinética promedio de agitación de sus partículas elementales, a mayor agitación mayor temperatura. Calor : es la energía que intercambian dos cuerpos que están a distintas temperaturas, se lo denomina Q. El calor se propaga en el sentido de las temperaturas decrecientes hasta alcanzar el equilibrio térmico, cuando deja de fluir calor, la unidad es el joule(j). ESCALAS TERMICAS. Para definir una temperatura en forma útil, tenemos que describir un procedimiento. El instrumento que se utiliza para medir la temperatura se denomina termómetro, estos se gradúan en tres escalas termométricas : celsius, kelvin, faranheit. Analizando este esquema se obtienen las siguientes ecuaciones : t (*c) = T - 273,15 t (*c) = 5/9 { t (*f) - 32} CALOR ESPECIFICO. Además del joule(j) otra unidad de calo es la caloría (cal). Una caloría es la cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de un gramo de agua en un grado centígrado. La relación entre cal y joule es : 1cal = 4,2J El calor especifico (c) es la cantidad de calor necesario para que la temperatura de una sustancia aumente o disminuya un grado centígrado por cada gramo. Se denomina capacidad calorífica de un cuerpo de masa m a : C = c. m La capacidad calorífica de una pared puede medirse a partir del calor especifico de los materiales empleados y su masa. CAMBIO DE ESTADOS Los cambios de estados van acompañados de desprendimientos o absorción de calor y aveces de cambio de volumen. Cuando se suministra calor a una sustancia sólida pura, su temperatura va aumentando gradualmente hasta alcanzar un valor llamado temperatura de fusión ; el sólido comienza a derretirse ; mientras dura este proceso la temperatura se mantiene constante, todo el calor que consume la sustancia produce el cambio de estado. Quitando calor a este liquido la sustancia comienza a solidificarse mientras dura este proceso la temperatura no varia. Se denomina calor de fusión a la cantidad de calor por unidad de masa que debe suministrarse a una sustancia para que se funda totalmente. Lf = Q/m = cal/g o J/g

2 Si se continua suministrando calor al liquido resultante, su temperatura aumenta hasta que alcanza un valor, temperatura de ebullición, la sustancia permanece a la misma temperatura hasta que todo el liquido se convierta en vapor a este proceso se lo denomina vaporización. Se denomina calor de vaporización a la cantidad de calor por unidad de masa que debe suministrarse a una sustancia para que vaporice totalmente : Lv = Q/m = cal/g o J/g Punto de ebullición : es la temperatura en la cual coexisten los dos estados sólidos y liquido o liquido y vapor. Denominación de los cambios de estado para sustancias puras. Sublimación fusión vaporización sólido liquido gas solidificación condensación condensación sólida CALOR DE COMBUSTION. Se denomina calor de combustión de un combustible, a la cantidad de calor que liberan por unidad de masa o de volumen, cuando se quema totalmente. DILATACION TERMICA. Sólidos : el cambio de volumen v = V - Vo que experimenta un sólido depende de su volumen inicial (V0) del cambio de temperatura ( t = t1-t2) y del tipo de material. Este cambio de volumen sigue la siguiente ley : v = Vo. β. t β = es un factor que depende del tipo de material y se denomina coeficiente de dilatación volumétrica, su unidad 1/*c. si estudia la variación de superficie de un cuerpo se encuentra que : s = Lo.. t = coeficiente de dilatación superficial. Si se estudia el cambio de longitud de un sólido se encuentra que : l = Lo. α. t α = coeficiente de dilatación lineal. Estos coeficientes están relacionados de esta forma : α = /2 = β/3 LIQUIDOS. Un liquido se dilata cuando su temperatura aumenta. No tiene ningún sentido hablar de dilatación lineal o superficial en un liquido. GASES. La presión, el volumen y la temperatura de una masa de gas están relacionadas por la siguiente expresión : P1. V1 = P2. V2 T1 T2 ESFUERZOS DE ORIGEN TERMICOS. Si los extremos de una viga o una losa están rígidamente fijos a una estructura, cuando se modifica su temperatura aparecen tensiones que pueden afectar a la construcción, al proyectar cualquier estructura se debe tomar en cuenta las posibilidades de dilatación o contracción. PROPAGACION DEL CALOR. Convección : llamamos convección a la propagación del calor de un lado a otro por el movimiento real de la sustancia caliente, que origina la corriente de convección.

3 Ejemplo : una pared a la temperatura (T1) en presencia de aire a la temperatura (T2) que suponemos superior a T1, el flujo de calor H recibido por la pared, es la cantidad de calor por unidad de tiempo y se calcula con la siguiente expresión : H = h. A ( t2 - t1) El flujo de calor H se mide en Kcal/h el coeficiente de convección que es en función de : la orientación de la superficie y el sentido del flujo. la velocidad del aire en el espacio próximo a la superficie considerada se mide en Kcal/h. m.*c Conducción : es la propagación del calor por el interior de una superficie. Ejemplo : consideremos una pared de superficie (A), de espesor (d) y que sus caras laterales estén a temperatura constante T1 y T2. El flujo de calor H se expresa : H = K. A (t1-t2) = (A. t1 - t2) d R donde : -K = coeficiente de conductibilidad térmica ( Kcal/ m. h.*c) -R = d/k resistencia de la pared (m. h. *c/kcal) El valor de K es en función de la densidad de la sustancia, no existe ningún material que tenga K=0. Radiación : es la emisión continua de energía desde la superficie de todos los cuerpos. Llamando con E a la energía radiante incidente, que es la energía por unidad de tiempo y de superficie que llega a la superficie considerada Er es la energía radiante reflejada Ea es la energía absorbida y Et es la energía transmitida. Se debe cumplir por conservación de la energía : E = Er + Ea + Et definimos además los siguientes coeficientes : ϑ = Er/E (reflectividad) α = Ea/e (absortancia) τ = Et/E (transmisividad) deben cumplir : ϑ + α + τ = 1 EFECTO INVERNADERO. El invernadero es un sistema que hay que utilizar con prudencia ya que funciona en forma distinta de día y de noche en verano y en invierno. Las cubiertas de los invernaderos son transparentes a la radiación visible y a las infrarrojas de onda corta recibidas del sol. Después de atravesar los vidrios, estas radiaciones son transformadas en calor al ser absorbidas por los objetos situados en el interior los que se calientan y emiten energía, la temperatura interior aumenta mientras haya radiación solar externa a este fenómeno se lo denomina efecto invernadero.

4 HUMEDAD. El aire atmosférico esta compuesto en un 80% de nitrógeno, un18% de oxigeno, pequeñas cantidades de dioxido de carbono, vapor de agua y otros gases. La concentración del vapor de agua depende de la temperatura. El aire frío puede tener menos vapor de agua que el aire caliente. HUMEDAD ABSOLUTA Y RELATIVA. La masa de vapor de agua (en gramos) que hay en cada metro cubico de aire se denomina humedad absoluta. Humedad relativa es la relación entre la humedad absoluta y la masa de aire necesario para provocar la saturación del mismo a la misma temperatura. Generalmente el aire ambiental esta definido por su temperatura y H.R. forma de ecuación la humedad relativa porcentual es : HR(%) = m. 100 ms m = masa de vapor de agua por unidad de volumen de aire ms = masa máxima de vapor de agua por unidad de volumen de aire para la temperatura considerada. A medida que aumenta la temperatura (t1) la masa de vapor de agua por metro cubico de aire (m) y que le falte para la saturación la cantidad (m1) la humedad relativa será : HR = m m + m1 Cuando la temperatura desciende hasta alcanzar la saturación en la cual HR = 100% ( m = ms ) a esta temperatura se lo denomina punto de rocío. Es una magnitud de gran utilidad y de fácil obtención. MEDIDA DE LA HUMEDAD. Los psicrometros, son dispositivos ideados para determinar el estado higrometrico del aire. Son utilizados en mediciones de la humedad relativa. Consiste en dos termómetros. El bulbo de uno se mantiene húmedo cuanto mayor es la humedad relativa ambiente, menor es la evaporación y el enfriamiento del termómetro húmedo indica cierta diferencia de temperatura respecto al termómetro con el bulbo seco que marca la temperatura ambiente. La humedad relativa se determina en función de la temperatura del termómetro húmedo y la diferencia entre ambos termómetros mediante una tabla que el constructor facilita. SENSACION TERMICA. Esta determinada por la temperatura y la velocidad del viento y esta relacionada con nuestra sensación de bienestar o malestar por un calor o frío excesivo, también influya la humedad. CONDICIONES DE CONFORT. El confort temido depende de la actividad que una persona realiza como así también de la continuidad o no de altas o bajas temperaturas, durante varios días. TRANSFERENCIA DE CALOR DEL CUERPO HUMANO. El alimento ingerido por una persona produce varios de miles de kilocalorias por día de energía, parte de esta energía es transferida en forma de trabajo, la mayor parte es utilizada para mantener constante la temperatura corporal (37*c). el exceso de calor es disipado en forma de calor sensible, que se transfiere por conducción, radiación, convección, y calor latente mediante la evaporación de agua. CONFORT EN LAS CONSTRUCCIONES. Depende de un cierto numero de exigencias. Es conveniente que el ambiente no sea muy frío ( el frío es menos soportable cuando la actividad es escasa) ni muy caluroso ( el calor es enemigo del trabajo). Las construcciones deben ser diseñadas para que los acondicionamientos sean mínimos.

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