 Existen tres formas de transferencia de calor: RADIACIÓN (Infrarroja), CONDUCCIÓN y CONVECCION . De las tres formas, la radiación es la más importante; conducción y convección son formas secundarias y vienen a jugar un papel como interruptores o interventores de la transferencia de calor por radiación. Como la materia absorbe el calor radiante, esta se calienta y desarrolla un aumento de su temperatura como resultado de su movimiento molecular (conducción en objetos sólidos) o por movimiento de su masa (convección en líquidos y gases).
Todas las sustancias, incluyendo los espacios de aire, así como todos los materiales de construcción (como la madera, el vidrio, los plásticos, concretos y aislamientos), obedecen a las mismas leyes de la naturaleza en términos de transferencia de calor . Los materiales difieren solamente en el "índice" de calor transferido, lo cual es principalmente afectado por las diferencias en densidad, peso, forma, permeabilidad y estructura molecular. Los materiales con una transferencia de calor baja se denominan comúnmente como resistentes al flujo de calor.
PORCENTAJE DE FLUJO DE CALOR EN EDIFICACIONES
Por Conducción, Radiación y Convección
Flujo Descendente
(Down Heat Flow) |
Flujo Ascendente
(Up Heat Flow) |
Flujo Lateral
(Lateral Flow) |
 |
La CONDUCCION es el flujo de calor directo a través de la materia (movimiento molecular). Este es el resultante del CONTACTO FISICO de una parte de un cuerpo con otra parte del mismo cuerpo, o de un cuerpo con otro. Por ejemplo, si un extremo de una barra de acero u otro metal es calentada, el calor se transferirá por conducción a través del metal hasta el otro extremo: asimismo el calor viajará por la superficie de aire circundante, hasta otro objeto menos denso. Un ejemplo de conducción a través de contacto entre objetos sólidos es el contacto entre una olla de cocina y la superficie de calor de una cocina domestica.
El flujo de calor más grande entre dos materiales es posible únicamente cuando existe una conducción directa entre los dos sólidos. El calor siempre se conduce de una superficie caliente a una fría, nunca de una fría a una caliente, además de que siempre se moverá por la ruta más corta entre las dos partes, en línea recta.
En general se establece que, entre más denso sea el objeto, mejor conductor será. La roca sólida, el vidrio (materiales muy densos), son muy buenos conductores de calor.
 Es evidente así, que reducir la densidad de un determinado material, por ejemplo a través de mezclar aire dentro de sus moléculas, reducirá drástica e indiscutiblemente su conductividad, esto en razón de que el aire posee una muy baja densidad como superficie, y el porcentaje de transferencia de calor por conducción a través del aire es apreciablemente bajo . Dos delgadas hojas de aluminio con alrededor de dos y medio centímetros de aire en el medio, probablemente pesará menos de una onza por pie cuadrado, con una proporción de aproximadamente 1 unidad de masa por 100 unidades de aire, relación sumamente importante para reducir el flujo de calor conductivo, dado que la poca densidad de masa aminorará el flujo.
CONVECCION es el transporte de calor entre gases o líquidos, causado por el flujo del material mismo. En espacios de edificaciones, el flujo de calor por convección natural es mayormente ascendente, algo es lateral, pero nunca será descendente. Esto es llamado comúnmente "convección libre".
 Por ejemplo, una cocina, persona, piso, pared, etc., perderá calor conductivo al trasladar calor al aire frío en contacto con su superficie. Esto agregado a la actividad del calor, hace que las moléculas del aire se expandan, que este aire empiece a ser menos denso y por lo tanto proceda a ascender. El aire frío más pesado al lado del más caliente se precipitará y desplazará al caliente, tomando su lugar y repitiendo se proceso. La popular expresión "aire caliente ascendente" es ejemplificada por el humo caliente siempre ascendente de una chimenea o el de un cigarrillo encendidos. El movimiento es turbulento y principalmente ascendente, con un ligero componente de movimiento lateral. La convección puede ser mecánicamente inducida o conducida, por diferentes medios, por ejemplo un ventilador, a lo que se le llama comúnmente "convección forzada".
RADIACIÓN, es la transmisión de ondas electromagnéticas a través del aire. La radiación, como las ondas de radio, es totalmente invisible. Los rayos infrarrojos se definen entre rayos de luz y ondas de radar (entre 3-15 micrones en el espectro). De aquí en adelante, cuando nos encontremos hablando de radiación, nos estaremos refiriendo a los rayos infrarrojos específicamente.
Todos los materiales, incluso a temperaturas de cero absoluto (-273 grados centígrados), emiten radiación infrarroja, esto incluye obviamente el sol, icebergs, cocinas o calentadores, seres humanos, animales, muebles, cielos rasos, paredes, pisos, etc.
Todos los objetos irradian rayos infrarrojos de su superficie, en todas las direcciones y en línea recta, rayos que finalmente son absorbidos o reflejados por otro objeto cercano. Viajando a la velocidad de la luz, estos rayos son invisibles, y ellos no poseen temperatura alguna, son constituidos de energía pura. El calentar un objeto, cualquiera que este sea, excita las moléculas de su superficie, provocando que estas envíen hacia fuera radiación infrarroja. Cuando estos rayos infrarrojos chocan contra la superficie de otro objeto, y si este por su naturaleza los absorbe, es entonces cuando estos producen calor en el objeto. Este calor se propaga a través de la masa del objeto mediante conducción. El objeto calentado por radiación, entonces emite rayos infrarrojos de su superficie, aún si esta superficie se encuentra expuesta directamente al aire fresco.
La cantidad de radiación emitida esta en función del factor de EMISIVIDAD de la fuente en cuestión. EMISIVIDAD , es el índice con que se determina la cantidad de radiación emitida. La absorción de radiación de un objeto es directamente proporcional al factor de absorción de el objeto, pero es recíproca o inversamente proporcional a la emisividad.
EMISIVIDAD, ABSORCIÓN Y REFLECTIVIDAD
 Aunque dos objetos puedan ser idénticos, si la superficie de uno es cubierta con un material con índice de emisividad del 90%, y la superficie del otro con un material con índice del 5% de emisividad, por ejemplo, en términos del flujo de radiación de calor de estos dos objetos el resultado sería drásticamente diferente, situación que puede y fue comprobada en condiciones de laboratorio, mediante el cubrimiento de 4 calentadores domésticos, con diferentes materiales que poseían diferentes índices de emisividad. En esta prueba, fueron recubiertos con pintura dos de ellos, uno con pintura de aluminio y otro con un esmalte ordinario. El tercer calentador fue cubierto con materiales del tipo asbesto y el cuarto con lámina delgada de aluminio puro. Al ser calentados todos hasta la misma temperatura, y una vez comprobado por medición los flujos de calor emitidos, pudo constatarse que aquel cubierto con lámina aluminio mostraba el índice de emisividad más bajo, cercano al 5%. Aquellos calentadores cubiertos con esmalte ordinario y asbestos mostraron los índices más elevados (incluso más alto que el del propio hierro o metal que los constituía). Posterior a la prueba indicada, y pintando las superficies de todos con esmalte ordinario, el calentador recubierto con pintura de aluminio y aquel que fue literalmente forrado con láminas de aluminio, evidenciaron cambios en sus índices que alcanzaron hasta un 90 % en emisividad.
Materiales cuyas superficies no reflejan significativamente los rayos infrarrojos, tales como: papel, asfalto, madera, vidrio y roca, muestran marcada absorción y emisividad, en cifras índices que oscilan entre 80% y 93%. La mayoría de los materiales utilizados en la construcción de edificaciones, ladrillo, piedra, concreto, madera, papel, etc., independientemente de su color o textura, absorben rayos infrarrojos alrededor de un índice del 90%. En este particular es interesante notar que, un espejo de cristal ordinario, que es un excelente reflector de ondas lumínicas, es un muy pobre reflector de ondas radiantes. Los espejos han mostrado índices de Reflectividad ante los rayos infrarrojos, similares a los de superficies cubiertas de pesadas capas de pintura negra.
La superficie del aluminio puro tiene la habilidad de NO ABSORBER calor, y REFLEJAR calor, en un porcentaje de hasta el 97% DEL TOTAL DE LOS RAYOS INFRARROJOS QUE CHOCAN CONTRA SU SUPERFICIE . Dado que la lámina de aluminio ha mostrado poseer una muy baja masa de aire entre sus moléculas, muy poca conducción puede tomar lugar en ella, particularmente cuando solo de un 3 a un5% de los rayos infrarrojos son absorbidos por esta.
INTENTE ESTE EXPERIMENTO: Sostenga una lámina de aislamiento de aluminio tipo REFLECTEX muy cerca de su cara, sin tocarla. Muy pronto empezara usted a sentir la calidez de sus propios rayos infrarrojos rebotando contra esta superficie. EXPLICACIÓN: La emisividad de la radiación de calor de su cara posee un índice de alrededor del 99%. La absorción del REFLECTEX Ò debido a su constitución de 99.9% aluminio puro, es solamente de un 3%, situación que le permite devolver o reflejar hasta un 97% de los rayos calóricos que chocan contra ella. Por otro lado, el índice de absorción que posee la piel de su cara, es de alrededor del 99%. Por estas cifras, el resultado final es que usted sentirá la calidez emanada de su cara reflejándose en su propia cara.
REFLECTIVIDAD Y ESPACIOS DE AIRE
Con la idea de retardar el flujo de calor conductivo, paredes y techos son construidos con espacios de aire interiores. La conducción y la convección pasa a través de estos espacios de aire de forma combinada, representando solamente de un 20% a un 25% el total de calor que pasa a través de ellos. En invierno y verano, de un 65% a un 80% de todo el calor que atraviesa una pared tibia hacia una pared más fría o que ingresa a una edificación a través de la cubierta del techo, será del tipo radiante.
Los valores dimensionales de espacios de aire y aislamiento térmico deben definirse a partir de la superficie de los materiales usados. Las superficies y espacios se ven grandemente afectados por los montos de energía que transfieren por radiación, situación que depende de sus índices de absorción o de emisividad propios, que son los únicos capaces de modificar la cantidad de calor que se transfiere a través de un espacio dado. La importancia de la radiación no debe ser subestimada bajo ninguna perspectiva, sobre todo si se plantean problemas ordinarios que envuelven temperaturas de espacios de edificaciones o situaciones ligadas estrechamente al confort de personas o animales que permanecen expuestos, por espacios de tiempo prolongados.
La REFLECCION y la EMISIVIDAD en superficies solo puede ocurrir en el espacio. Situaciones de laboratorio han determinado que el espacio ideal es alguna dimensión cercana a los 19 mm (3/4") o más. Espacios más pequeños son también efectivos, pero en una forma decreciente, por eso donde no exista espacio de aire entre superficies, tendremos transferencia de calor conductiva entre estas. Cuando un material con superficie reflectiva es colocado en cielos o techos, paredes o pisos, esta superficie tan particular, claramente detendrá el flujo de calor radiante.
El control del calor con láminas de aluminio es posible tomando ventaja de la baja emisividad y de la baja conductividad térmica de este material. Esto es posible con la laminación de aluminio y las burbujas de aire inmovilizado, mismos que prácticamente eliminan la transferencia de calor por radiación y convección; un hecho científico regularmente empleado por la NASA en su programa espacial.
En los transbordadores espaciales, las piezas cerámicas de su estructura son recubiertas de láminas de aluminio puro para reflejar el calor antes que absorberlo. Las habitaciones espaciales se encuentran en su totalidad fabricadas de láminas de aluminio con burbujas de aire atrapado, con el fin de garantizar el acondicionamiento del lugar.
Toda esta tecnología aplicada específicamente al mejoramiento de ambiente en edificaciones, se encuentra actualmente a su disposición en Costa Rica a través del uso del aislamiento radiante llamado REFLECTEX Ò , mismo que es importado y distribuido exclusivamente en el país, por espacio de más de ocho años por DISMATEC TÉCNICA S.A., Tel: 2292-0184, Fax: 2229-0147, Email: ventas@dismatec.com |
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