Las fórmulas de conversión son:
K=°C+273.15
°C=95(°F−32)
°F=59°C+32
Mecanismos de Transferencia de Calor
La energía térmica se desplaza de un objeto a otro mediante tres procesos fundamentales:
- Conducción: Transferencia de calor por contacto directo entre sólidos.
- Convección: Transferencia que ocurre a través del movimiento de fluidos, ya sean líquidos o gases.
- Radiación: Transferencia de energía mediante ondas electromagnéticas, como ocurre con la radiación solar.
Tip de examen: Recuerde que la conducción requiere contacto físico, la convección requiere movimiento de materia (fluido) y la radiación no requiere un medio material para propagarse.
Propiedades de la Materia y Energía Térmica
No toda la energía térmica aplicada a un cuerpo produce el mismo efecto. Debemos distinguir entre dos tipos de calor según su impacto en la sustancia:
- Calor Sensible: Es la energía que provoca un cambio en la temperatura de la sustancia sin alterar su estado físico (por ejemplo, calentar agua de 20°C a 80°C).
- Calor Latente: Es la energía necesaria para que una sustancia experimente un cambio de fase (fusión, evaporación, etc.) manteniendo su temperatura constante durante la transición.
Además, cada material posee un calor específico, que es la cantidad de calor necesaria para elevar un grado la temperatura de una unidad de masa de dicha sustancia. Un material con alto calor específico, como el agua (1.00 cal/g·°C), tarda más en calentarse y enfriarse que uno con bajo calor específico, como el cobre (0.092 cal/g·°C).
Termodinámica en la Construcción: Aislamiento y Cerramientos
Para un arquitecto o ingeniero, el control del clima interior depende de la capacidad de los cerramientos (muros, techos, ventanas) para gestionar el paso del calor. Aquí entran en juego dos conceptos críticos:
- Coeficiente de Transmitancia Térmica (K): Mide la capacidad de un elemento para dejar pasar el calor.
- Un K bajo indica un excelente aislamiento (el material frena el calor).
- Un K alto indica un mal aislamiento (el calor fluye fácilmente).
- Resistencia Térmica (R): Es la oposición que ofrece un material al flujo de calor. La relación entre ambos es inversa:
K=R1
Confort Térmico y Sensación Térmica
El objetivo final de las instalaciones termomecánicas es el confort homeotérmico, es decir, lograr que el cuerpo humano mantenga su temperatura interna de aproximadamente 37°C sin esfuerzo excesivo.
Es vital distinguir entre la temperatura real y la sensación térmica. La sensación térmica es la temperatura aparente que percibimos debido a factores ambientales como la humedad relativa, la velocidad del viento y la radiación solar. Por ejemplo, un viento fuerte en invierno aumenta la pérdida de calor por convección, haciendo que sintamos más frío de lo que marca el termómetro.
Factores que afectan el confort
El bienestar térmico depende de una combinación de parámetros:
- Ambientales: Temperatura del aire, temperatura radiante media (de las superficies), humedad relativa y velocidad del aire.
- Personales: Actividad física (tasa metabólica), vestimenta (aislamiento de la ropa), edad y estado de salud.
Zona de Bienestar: Generalmente, se considera que el confort se alcanza en un rango de temperatura entre 20 °C y 27 °C y una humedad relativa entre 20% y 75%.
Estudio de Cargas Térmicas
Para diseñar sistemas de calefacción o aire acondicionado, es necesario realizar un estudio de cargas térmicas. Esto consiste en determinar la cantidad de calor que debe extraerse en verano o incorporarse en invierno para mantener las condiciones deseadas.
Las cargas se clasifican según su origen y forma:
- Por su forma: Calor sensible y calor latente.
- Por su fuente: Internas (personas, iluminación, motores) y externas (transmisión por muros, radiación solar, infiltración).
En el ciclo de invierno, el cálculo se centra en compensar las pérdidas de calor para mantener la temperatura confortable. Un error común es no considerar las pérdidas por infiltración (aire exterior que entra por rendijas) o las pérdidas por transmisión a través de cerramientos.
La pérdida de calor por transmisión de una superficie (qo) se puede calcular mediante la fórmula:
qo=K⋅A⋅(ti−te)
Donde:
- K: Coeficiente de transmisión térmica.
- A: Área de la superficie (m2).
- ti: Temperatura interior.
- te: Temperatura exterior.
