LAS TRANSFERENCIAS DE CALOR EN LA
CONSTRUCCION. 1 /

Ü 1 .. ■' .>
PARSIVAL CASTRO PITA,

ARQUITECTO

Nuestro país tiene una tradición muy rica en cons
trucción cada región ha tratado de crear espacios que
hagan lo más confortable la vida de Jos ecuato­
rianos con materiales y métodos vernáculos, como ca­
si ningún país del mundo. El Ecuador tiene una va­
riedad que puede permitir las más diversas técnicas.

En el camino hacia el desarrollo es necesario
abrirse paso tomando en cuenta la economía de nues­
tros grandes sectores pero atendiendo Jos factores de
nuestra tierra, de nuestro clima, de nuestras estacio­
nes tropicales. En la geografía de la pobreza se lle­
ga a ver que los países tropicales riquísimos en ma­
terias primas son en contra partida los más pobres
y los más atrasados.

Para la costa ecuatoriana, así como para muchas
costas tropicales la transferencia de calor es uitp de
los factores a tomar en cuenta para el diseño, elec­
ción de materiales, construcción del habitat, ello mo­
tiva cada vez más inquietudes entre la comunidad, in­
vestigadora que aspira a conocer los comportamien­
tos de la materia y elementos del ambiente para ser
protagonista responsable de una respuesta nacional y
latinoamericana que busque el aval de lo mejor del
avance científico en el mundo. Es ello lo que moti­
va también este estudio sobre transferencias de calor.

1 / A nexo a la investigación curricular en el Instituto de la Constructión
Inductrialisee — París — 1.985.

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TRANSFERENCIAS DE CALOR

Las transferencias d)e calor son debidas a la diferencia de
temperatura entre dos elementos o dos partes de un mismo ele­
mento, se pueden distinguir 3 casos:
a) LAS TRANSFERENCIAS DE CALOR POR CONDUCCION

Se produce entre dos partes de un mismo cuerpo o
entre dos cuerpos en contacto.

b) LAS TRNSFERENCIAS DE CALOR POR CONVENCION
Es la transferencia entre la superficie de un cuerpo
y el aire — El cuerpo humano.

c) LAS TRANSFERENCIAS DE CALOR POR RADIACION
Es la transferencia entre dos cuerpos separados.

Los intercambios de calor debido a la variación de la temperatura
de un cuerpo, es la cantidad de calor cedida o tomada por un cuer­
po cuya temperatura varía

Los intercambios de calor debidos al cambio de estado de
un elemento — (Ejem. el agua) es la cantidad d!e calor necesaria
para la transformación — Ejem. el agua en vapor o inversamente
el vapor en agua luego de la condensación.

FLUJO UNITARIO TRANSFERIDO POR CONDUCCION

Para facilitar las explicaciones imaginémonos un cuerpo con
dos planos isotérmicos —iso = igual es decir, temperatura homo­
génea en cada plano (1) y (2) a una distancia £ tienen tempera­
turas ® 1 y ® 2 diferentes planos.

En un régimen estacionario donde los paráme­
tros tales como temperatura, presión varían muy
poco en un período de tiempo, la densidad del
flujo térmico o más simplemente flujo unitario
intercambiado bajo la forma de calor — defi-

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nido como el cuociente entre, la cantidad de ca­
lor y el área de la superficie de transferencia y
el tiempo es:

proporcional a la diferencia de temperatura

) _ & 2

Proporcional a la conductividad unitaria
( £7 . w /m 2, c) del cuerpo entre los dos planos

Vj>= ( e l — 02) (1)
A su vez la conductividad unitaria ( ) es proporcional

a la conductividad del material ( ) e inversamente propor­
cional a su espesor.

<2)
La conductividad térmica es el flujo de calor , por metro

cuadrado atravesando un milímetro de espesor de un material ho­
mogéneo para 19c de diferencia de temperatura entre sus dos faces.

Reemplazando la ecuación (1) en (2) se tiene
Y = ( 6 1 — 0 2) A en w/n*
o lo que es lo mismo
Y - 01 — 6 l

e
A

Y si se reflexionó q u e d e s el inverso de la conductividad
unitaria tendríamos que esta expresión es la resistencia térpüca
superficial o resistencia unitaria Ru en m*' . cada uno de donde
la ecuación del flujo unitario de intercambios por conducción pue­
d e escribirse también.

Y = 0 1 ~ 6 2 e a w / m *
Ru

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D e esta ecuación podría despejarse la resistencia unitaria
teniendo.

CONDUCTIVIDAD DE LOS MATERIALES

La conductividad de los materiales varía con su tasa de
humedad.

Para los materiales de construcción aislantes:

La conductividad (/*■ ) i1̂ — 0.04 w/mc c

Para los materiales de albañilería los más conductores
—i piedras frías — = 3.7 w/m°c
Para los metales excede 37 w/m°c

FLUJO UNITARIO TRANSFERIDO POR CONVEI CCION
Para su explicación consideremos la superficie de un cuer­

po ejem. una pared en un patio interior con una temperatura ü-
en presencia del aire a una temperatura t.

Ru = 01 - 0 9 .
- y

Diferencia de temperat.

Flujo térmico

Plásticos
alvedares
lana de vidro
etc.

Existirá una transferencia de ca­
lor por entre la superficie del
cuerpo y el aire.
En la medida en que el aire se
desplace y se remueve aumentará
la transferencia térmica.

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El flujo unitario de calor ( Y ) transferido a la superfi­
cie del cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura
(0 — t) y a un coeficiente de inteifcambio superficial por con­
vección o coeficiente de convección térmico he, que lo expre­
sa en¡ watios/ m ^ °c, o lo que es lo mismo w m °c~*

De lo anterior se tiene que el flujo unitario de intercambio
por convección se expresa así:

Y = ( 0 — t) he en w /m ?c

El valor he depende de la velocidad de contacto del aire
con la superficie del cuerpo — de allí que sea tan importante el
análisis de la orientación hacia los vientos dominantes de las pa­
redes.

A una velocidad dfe salida lenta la temperatura del aire se
aproxima a la del cuerpo y los intercambios térmicos disminuyen
inversamente con una gran velocidad de salida, la diferencia de
temperatura entre el aire y el cuerpo aumenta acelera los inter­
cambios térmicos.

— Nosotros utilizaremos el símbolo Q para las temperaturas
de los cuerpos o de su superficie y para la temperatura t
del aire.

En la transferencia por convección pueden distinguirse dos
casos.

1) El movimiento del aire es provocado por su cambio de
temperatura. Ejem. una nube densa cubre el 80% o vice­
versa a esto se llama convección natuural
el aire ascenderá cuando se calienta
y descenderá cuando se enfría — en los climas fríos este

descenso viene acompañado de un gran porcen­
taje de vapor de agua que origina la neblina.-

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REVISTA D E LA UNIVERSIDAD D E GUAYAQUIL.

2) El movimiento del aire es debido a una energía exterior di­
ferente de la transferencia térmica de la convección natural.
Ejem. ventilación mecánica de un local a través de venti­
ladores o la Icalefaoción en los climas fríos.
Esta se la puede llamar convección forzada más en el fon­
do se trata de un mismo fenómeno de intercambios de flu­
jos de calor a velocidades diferentes del paso del aire.
La convección natural que puede propiciar el diseño urba­
no se realiza a velocidades de aire inferiores a las de la
convección forzada.

CONVECCION NATURAL

Como se acaba de expresar, el movimiento del aire es de­
bido — en este caso— solamente al cambio de densidad provoca­
do por su variación de temperatura al contacto con la superficie
de un cuerpo.

Este movimiento puede ser laminar o turbulento estos fe­
nómenos son Complejos y dependen cuatro otras cosas de:

La posición de la pared — vertical — inclinada — hori­
zontal el sentido del flujo,
la dimensión de la pared
el estado de la superficie.

Prácticamente en el interior de las viviendas las dife­
rencias de temperaturas son débiles, más los aparatos
calientes co m o cocin as, e tc . o lo s aparatos fríos provocan
movimientos de aire.

Generalizando, existe la tendencia a retener las dos varia­
bles más importantes para una diferencia de temperatura dada al
sentido del flujo.

LA ORIENTACION DE LA PARED

Utilizándose como valores promedios, lue^o de varias ex­
periencias para la transferencia de calor por convección los si­
guientes valores.

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Para superficies horizontales en flujo descendiente
Es decir con un comportammien-

0 * / / / / / / / / / / / / / / / / / to frecuente para analizar las cu-
biertas tenemos:T

Q r r r /T T n r m /n i/m u t¡W> x > e hc = 1 UJ/ ' mZ'-°
Entonces la transferencia de calor (he) promedio es de 1

watio por cada metro cuadrado y por cada grado de temperatura:
he — 1 w/m^c.

Para superficie horizontal finjo ascendente

ámfMftM/tuff/iwmir'iKaí, Ejem. funcionamientos de hor-
© < " t nos grandes en planta baja se tie-

t ne como valor promedio.

be ; 7 io /'rrí*'*c
Superficie Vertical

he = 5 w/m® °c

- O -
(Sin embargo para una mayor precisión se puede definir

que el coeficiente he depende de la expresión.
he = t j © — Ó

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CONVECCION FORZADA

Una fuente de energía: — ventilador, calefactor, etc. pro­
voca el movimiento del aire a lo largo y anicho de la superficie
de un cuerpo.

Para una superficie vertical la variación db he en función
de la velocidad del aire existen tablas como la siguiente:

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— En caso de aire agitado se considera que la velocidad es
mayor que 020 m /s -------------

FLUJO UNITARIO TRANSFERIDO POR RADIACION
0 6Si consideramos dos superficies con temperaturas 1 y 2,

la energía térmica en la superficie de un cuerpo se transforma en
radiación elejctromagnética y se propaga.

Esta radiación es análoga a la luz visible, pero de una lon­
gitud de onda superior (rayos infrarojos).

Cuando la radiación encuentra la superficie de otro cuer­
po, ella puede ser.

Reflejada
Trasmitida si el medio es parcialmente transparente
absorbida es decir transformada en calor.

El resultado equivale a una transferencia de calor de un
cuierpo a otro, y en este caso, la vía dle transmisión es la radia­
ción electro-magnética.

Expresando esto en una fórmula con apoyo de la lógica
se puede decir que el flujo unitario transferido por radiación es
directamente proporcional a:

— Diferencias dle temperaturas de los cuerpos ( ® 2)

— A un coeficiente de intercambios por radiación expresado
en watios/m*' 0 c (hr).

— Al ángulo, distancia y orientación entre los cuerpos lo cual
se lo conoce con el nombre dé factor de forma ( f /2)

Y = ( © 1 — 0 2 ) br f / 2

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El coeficiente de radiación dle la mayor parte de los mate­
riales de edificación (ladrillos, baldosas, etc.) tienen un orden
hr = 5 w/m* ° c.

Incluso algunos metales, como el aluminio tienen una enisi-
vidad menqr y hr es inferior a 5.

Para un ambiente con ventana, se utilizan los siguientes
porcentajes para los factores de forma:

Techos y pisois f
Paredes interiores laterales f
Pared interior del fonidb f
Fachada en parte opaca f
Fachada en parte de vidrio f

La suma debe ser igual a la unidad.

Cambios térmicos debidos a la variación de temperatura
de un cuerpo.

El enfriamiento dle un cuerpo significa que él ceda calor y
recíprocamente el calentamiento implica que él recibe calor.

La cantidad de calor intercambiada — asimilada o cedida por unó Acuerpo pasando de una temperatura 1 a una temperatura v 2
se la puede definir como:

Proporcional a la diferencia de temperatura ®2 — ® 1

Proporcional a su masa m

Proporcional al calor másico c del material.

La unidad de cantidad dé calor es e l Joule.

= 0.54
= 0.26
= 0.10
= 0.054
= 0.046

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Esta cantidad de calor intercambiada por variación de tem­
peratura, puede expresarse así:

C = me ( ® 2 — ® 1) en Joule.

La masa se la expresa en Kg.

El calor másico en Joule por Kg- y grado centígrados
J / Kg. ° C

¿5 A
Las temperaturas P 1 y * 2 01 grados celcius.

El calor másico c varía con la temperatura sin embargo
se puede concluir de manera general que para la mayor parte de
los materiales de origen mineral utilizados en la arquitectura tales
como:

Piedras
Ladrillos
Cementos
Yesos, etc.

tienen un calor másico del orden de
C = 830 j / kg. ?C

Los materiales como las maderas tienen un calor másico
del orden.

C = 2511 j/ kg. <?C

Esta es una de las razones por las que siempre los pisos
de baldosas son más fríos que los de parquet.

El calor másico de los metales varían de
C = 418 a 827 j/Kg. ?C

El calor másico del agua es igual a
4186 j / kg. <?C

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En el caso de los gases y entre ellos el aire se tiende a
considerar en vez del calor másico, el calor volumínico definido
como el calor necesario para elevar un m3 degaz en 1?.

En el caso de aire
C r \150 07 m 3 °c

CAMBIOS TERMICOS DEBIDOS AL CAMBIO DE ESTADO
DE UN ELEMENTO

---------------El caso del agua.
El cambio de estado en vapor o evaporación necesita por

cada grado 2.500 Joules.

La velocidad de evaporación depende del grado higrotér-
mico del aire.

La velocidad del aire.

GRADO HIGROTERMICO

A una temperatura dada, el aire no puede contener, más
que una cantidad de vapor de agua igual o inferior, a un máximo
llamado peso de vapor saturante, por ejem. a 20? el peso de vapor
saturante es 179 por m3 de aire.

Cuando el peso de vapor de agua es inferior al aire no está
saturado.

El grado higrotérmico del aire es igual a la relación entre
el peso de vapor de agua contenido en el aire y los pesos de va­
por saturante a la misma temperatura.

Ejem: Si a 20? el aire contiene 5 gramos de agua por m3
de aire y sabiendo que el peso de vapor saturante a 20? es
17 g /m 3 dte aire.

El grado higrotérmico será 5_ = 0.30 es decir el 30%.
IT

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La diferencia entra al peso de vapor saturante y los pe­
sos de vapor contenido en el aire en el ejem. anterior 17 — 5
= 12 g/m 3 , representa el poder desecante del aire.

La velocidad de evaporación es más elevada en la medi­
da en que el poder desecante es más grande, es decir el aire es
más seco.

Ejem. Si a 11? de temperatura se observa que en una zona
el aire presenta 7 gramos de agua por m 3 con un grado higro­
térmico del 70%.

Si se calienta el aire a 28? grados — fenómenos que pue­
den producirse en las zonas al borde de los mares, el grado higro­
térmico del aire pasa del 70% al 27% conteniendo siempre los 7
gramos de agua por m3

Para este tipo de mediciones se han elaborado tablas que
facilitan los dátos. En otras palabras — y observando el gráfico —
se puede ver que 11 ? de temperatura y con 7 gramos de agua por
cada mr3 el aire tendrá un vapor saturante de 10 gramos por
m 3 y su poder desecante será igual a

10 — 7 = 3 g/m 3 dfe aire.

Si este aire se calienta hasta 22? él puede contener un va­
por saturante de 19.5 gramos de agua por m 3 de aire y su po­
der desecante será

19.5 _ 7 = 12.5 g/m 3 de aire.

Se puede pues concluir que en general (en las zonas ur­
banas en particular).

— El grado higrotérmico disminuye si la temperatura aumen­
ta.

— El poder desecante aumenta con la temperatura.

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