MANUAL DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

MANUAL DEESPECIFICACIONES TÉCNICAS

INFORMACIÓNTÉCNICA

Es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Ésta se da cuando un cuerpo está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo; se da de tal manera que finaliza cuando el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la segunda ley de la termodinámica.

“La cantidad de entropía de cualquier sistema aislado termodinámicamente tiende a incrementarse con el tiempo”. En otras palabras, cuando una parte de un sistema cerrado

El flujo de calor o flujo térmico es el flujo de energía por unidad de área por unidad de tiempo. En el sistema internacional de unidades es medido en W/m2, en sistema inglés BTU/ft2.h. Este número contiene dirección y magnitud por lo que es un número vectorial.

INTRODUCCIÓNCAPÍTULO

1

TRANSFERENCIA DE CALOR

FLUJO DE CALOR

interacciona con otra parte del mismo sistema por diferencias de temperaturas, la energía tiende a dividirse por igual, hasta que el sistema alcanza un equilibrio térmico.

Esto permite concluir que cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.

Este principio se asocia con la Ley de enfriamiento de Newton, la cual argumenta que la pérdida de calor de un cuerpo es proporcional a la diferencia de temperatura entre tal cuerpo y sus alrededores.

ECUACIÓN (1.1)

En donde:Q= Energía en Julios.h= Coeficiente de transferencia de calor.A= Superficie del área de la que está

siendo transferido el calor.T= Temperatura de la superficie del cuerpo.

T env= Temperatura del entorno.

∆T(t) = T(t) - Tenv = Depende del gradiente de temperatura entre el medio ambiente y el cuerpo.

= h . A (Tenv- T (t)) = -h . A∆T(t)dQdt

INFORMACIÓN TÉCNICA

Es el cambio de temperatura dado en un cambio de distancia desde un punto de referencia a una determinada dirección.

Asumiendo que el gradiente de temperatura se da en una dirección y que la temperatura es constante en planos perpendiculares, se establece la densidad de flujo de calor para una dirección x en un plano. Está dada por la ecuación 1.2:

GRADIENTE DE TEMPERATURA

DENSIDAD DE FLUJO DE CALOR: (términos de una edificación)

Conductividades térmicas de diversos materiales en W/(K•m)

MATERIAL λ MATERIAL λ MATERIAL λ

Acero 47-58 Corcho 0,03-0,04 Mercurio 83,7

Agua 0,58 Estaño 64,0 Mica 0,35

Aire 0,02 Fibra de vidrio 0,03-0,07 Níquel 52,3

Alcohol 0,16 Glicerina 0,29 Oro 308,2

Alpaca 29,1 Hierro 80,2 Parafina 0,21

Aluminio 209,3 Ladrillo 0,80 Plata 406,1-418,7

Amianto 0,04 Ladrillo refractario 0,47-1,05 Plomo 35,0

Bronce 116-186 Latón 81-116 Vidrio 0,6-1,0

Zinc 106-140 Litio 301,2 Cobre 372,1-385,2

Madera 0,13 Tierra húmeda 0,8 Diamante 2300

Conductividad térmica: es la propiedad del material que indica la habilidad de conducir calor. Esta aparece fundamentalmente en la Ley de Fourier para transmisión de calor conductivo, está medido en watts por kelvin por metro (W/K· m) para sistema internacional.

Ecuacion (1.2):

dt/dx


q = − λ d t/ d x

ÉSTA SE EXPRESA PARA UNA CAPA UNIFORME DE MATERIAL DE ACUERDO CON EL SIGUIENTE DIAGRAMA

q

d

λθ

θ

si

se

q = λ (θsi − θse) d

Ésta se puede resumir en:

Ecuación (1.4):

➜ En donde:

λ Conductividad térmica del material aislante o sistema.d Espesor de pared o plano.θsi Temperatura de la superficie interna.θse Temperatura de la superficie externa.R Resistencia térmica de la pared.

La resistencia térmica de un material conocido como el factor “R” representa la capacidad del material de oponerse al flujo del calor. En el caso de materiales homogéneos es la razón entre el espesor y la conductividad térmica del material; en materiales no homogéneos la resistencia es el inverso de la conductancia térmica.

Ecuación (1.5):

R =∆T/(Q/A)

➜ En donde:

∆T La diferencia de temperatura entre la superficie de frontera del sistema aislado.

Q/A La cantidad de calor que atraviesa un área determinada.

Sus unidades en sistema imperial son: (ft2∙h∙°F/Btu)

RESISTENCIA TÉRMICA

q = (θsi − θse) R


Ecuación (1.3):

DETERMINACIÓN DE UN R EQUIVALENTE

El fenómeno de transferencia de calor se puede homologar con un circuito eléctrico. El área y el λ del material son una barrera para el flujo de calor que intenta igualar las temperaturas de frontera. Éstas son conocidas como resistencias térmicas y se pueden homologar a una resistencia eléctrica. La corriente es el flujo de calor, el

La sumatoria de resistencias térmicas viene dada por la ecuación:

Un sistema de transferencia de calor compuesto, ya sea una pared o un techo aislado compuesto por distintos materiales, puede ser homologado a un circuito eléctrico.

λn λn-1 λn-2 λ3 λ2 λ1

q

dn dn-1 dn-2 d3 d2 d1

θse

θn-1

θn-2

θ2

θ1

θsi

Ti T1 T2 T3 To

RoR2R1RQ

i

R’ =Σj=1

dj

λj

n

Q = = = = = =Ti-Tσ Ti-T3Ti-T1 Ti-T2 Ti-T2 T3-Tσ

RiRi+R1+R2+Rσ Ri+R1+R2Ri+R1 R1 R0

voltaje es la diferencia de temperatura, las resistencias eléctricas son las resistencias térmicas.

De esta manera, se pueden combinar distintos tipos de materiales y sumar sus resistencias térmicas como resistencias eléctricas en serie.


Ecuación (1.6):

Ecuación (1.7):

La conducción es un mecanismo de transferencia de calor o energía entre dos sistemas. Se basa en contacto directo de partículas en la frontera de ambos sistemas generando un paso de energía del sistema con mayor concentración de temperatura al de menor concentración, esta transferencia de energía se lleva a cabo durante el tiempo necesario para igualar la temperatura en ambos sistemas entrando en un estado de equilibrio.

EXPRESIONES DE TRANSFERENCIA DE CALORCAPÍTULO

2

CONDUCCIÓNEl principal parámetro del material que regula la conducción de calor en los materiales es la conductividad térmica. Esta es una propiedad física que mide la capacidad de conducción de calor o capacidad de una sustancia de transferir el movimiento cinético de sus moléculas a sus propias moléculas adyacentes o a otras sustancias con las que está en contacto. La inversa de la conductividad térmica es la resistividad térmica, que es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor.


La convección se caracteriza por utilizar un fluido como el aire o el agua, que transporta el calor entre zonas con diferentes temperaturas. La convección se produce únicamente por medio de materiales fluidos, los cuales al calentarse, varían su densidad, esto provoca un desplazamiento del fluido o materia que se encuentra en la parte superior o adyacente, en contacto con otros sistemas a menor temperatura. A esto se le llama convección natural.

La transferencia de calor que implica el transporte de calor a través de un fluido hacia una superficie sólida por medio de un agente externo como, una bomba, un ventilador u otro dispositivo mecánico, se conoce como convección mecánica, forzada o asistida.

La radiación es la transferencia de calor de energía radiante que viaja a través del espacio por medio de rayos infrarrojos de una superficie caliente a una de menor temperatura. Todas las superficies como un radiador, una cocina, un cielorraso o techo y el aislante ordinario irradian rayos infrarrojos. El calor radiante es invisible y no tiene temperatura, solo energía. Cuando esta energía golpea contra otra superficie, se absorbe y aumenta la temperatura de esa superficie.

El planeta tierra es diariamente calentado por las ondas de radiación que emite el Sol. Esta es la mayor fuente de energía que se encarga de mantener nuestro planeta caliente y apto para la vida.

CONVECCIÓN RADIACIÓN


Este concepto se puede entender con el siguiente ejemplo, en un día claro y soleado, el calor radiante de sol viaja a través de la ventana de un carro, golpea el volante y se absorbe, causando así un aumento en la temperatura.

Esta energía emitida del sol es el resultado de una fusión nuclear. En 1905 Einstein había predicho una equivalencia entre la materia y la energía mediante su ecuación E=mc². Una

vez que Einstein formuló la relación, los científicos pudieron explicar por qué ha brillado el sol por miles de millones de años. En el interior del Sol se producen continuas reacciones termonucleares. El sol convierte cada segundo unos 564 millones de toneladas de hidrógeno en 560 millones de toneladas de helio, lo que significa que cuatro millones de toneladas de materia se transforman en energía solar, una pequeña parte de esta llega a la Tierra y sostiene la vida.

Nuestro campo magnético, el cual se extiende desde el núcleo de la Tierra atenuándose progresivamente en el espacio exterior, forma la Magnetosfera la cual nos protege de efectos electromagnéticos conocidos como vientos solares. Sin embargo, una parte de la energía del sol penetra la Magnetosfera y golpea la superficie de la Tierra.

La radiación del sol se propaga en forma de ondas

electromagnéticas las cuales se encuentran ordenadas de acuerdo con su frecuencia (f ) y longitud de onda (λ). Si bien todas las ondas electromagnéticas son iguales por su naturaleza, los efectos que ocasionan no son siempre iguales, razón por la cual a cada grupo de ondas electromagnéticas se les ha asignado un nombre que depende de su rango de longitud de onda.


Se les conocen también como rayos caloríficos debido a que son emitidos por cuerpos calientes o en estado de incandescencia.

La radiación infrarroja, radiación térmica o radiación IR es un tipo de radiación electromagnética, la cual posee mayor longitud de onda que la luz visible, pero menor que la de

las microondas. Su rango de longitudes de onda va desde unos 0,7 hasta los 300 micrómetros. La radiación infrarroja es emitida por cualquier cuerpo cuya temperatura sea mayor que 0 Kelvin, es decir, −273,15 grados Celsius (cero absoluto).

Torre eléctrica Antena Teléfono móvil Horno microondas Luz solar

Radar

Central Nuclear

+

+

103 Km m cm

λ

Radiación no ionizante

Energía

El espectro de frecuencias

Longitud de onda

Radiación ionizante

U.V. Rayos X Rayos Y

Luz visible

TVRadio A.M.

Radar

InfrarrojoF

O Hz 100

103

104 106 108 1010 1012 1014 1016 1018 1020 1022

10

EL ESPECTRO DE FRECUENCIAS

RAYOS INFRARROJOS


Todos los cuerpos emiten y absorben radiación de su entorno. Si el cuerpo está más caliente que su entorno, se enfriará, ya que la rapidez con que emite energía excede la rapidez con que la absorbe. Cuando alcanza el equilibrio térmico, la transferencia se detiene. Del mismo modo, dos cuerpos que se encuentran en el vacío y a distintas temperaturas, tienden a llegar al equilibrio dinámico a través de la radiación.

INTERACCIÓN DE LA RADIACIÓN CON LOS CUERPOS EN UN RECINTO

Es así como los recintos que habitamos ganan calor en la mayoría de los casos. Esta energía es transferida hacia lo interno del edificio de tres formas básicas. Las consecuencias de la radiación solar en los recintos se expresan de la siguiente manera:

➜ 1. Por conducciónEl techo calienta los apoyos estructurales elevando la temperatura de todos los elementos estructurales del techo que están en contacto entre si.

➜ 2. Por convección

Una vez que la cubierta de techo y su estructura están a mayor temperatura que el resto del área del cielo raso, se generan corrientes convectivas de aire, las cuales por su cambio de densidad desplazan el aire de menor temperatura por el de mayor temperatura. Este efecto es conocido como convección natural.

CONDUCCIÓN

CONVECCIÓN

RADIACIÓN


➜ 3. Por radiación

Los rayos infrarrojos, producto de la radiación solar, atacan las superficies expuestas de las edificaciones las cuales absorben esa energía, calentándose y emitiéndola al medio debido a su alto valor de emitancia.

Es la habilidad que tiene la superficie de los materiales de emitir energía radiante. Todos los materiales tienes emisividades que van de grado cero a uno. Entre más bajo el grado de emisividad de un material, menor es el calor irradiado de esa superficie (energía radiante infrarroja).

Hay ciertas sustancias tales como el humo negro, cuyo poder absorbente es aproximadamente de uno. Para fines teóricos es útil imaginar una sustancia ideal capaz de absorber toda la radiación térmica que incide sobre ella. Esta sustancia se denomina cuerpo negro.

EMITANCIA REFLECTANCIA (O REFLECTIVIDAD)

SUPERFICIE DEL MATERIAL EMISIVIDAD

Asfalto 0.90-0.98

Papel aluminio 0.03-0.05

Ladrillo 0.93

Concreto 0.85-0.95

Vidrio 0.95

Fibra de vidrio/Celulosa 0.8-0.90

Piedra caliza 0.36-0.90

Mármol 0.93

Pintura: laca blanca 0.80

Pintura: esmalte blanco 0.91

Pintura: laca negra 0.80

Pintura: esmalte negro 0.91

Papel 0.92

Yeso 0.91

Plata 0.02

Acero (suave) 0.12

Madera 0.90

FUNCIONAMIENTO DE AISLANTE REFLECTIVO

Se refiere a la fracción de energía radiante entrante que se refleja de una superficie que está siendo afectada por la radiación. La reflectividad y la emisividad están relacionadas. Una emisividad baja es indicadora de una superficie altamente reflectante. Por ejemplo, el aluminio que tiene una emisividad de 0.03 tiene una reflectividad de 0.97.


Los tipos de aislantes estándar, como fibra de vidrio, espuma y celulosa reducen principalmente la transferencia de calor al atrapar el aire o algún tipo de gas. Por consiguiente, estos productos o tecnologías reducen la convección y la conducción como método principal para la reducción de la transferencia de calor. Éstas no son tan eficientes en reducir la transferencia de calor radiante, lo cual a menudo se considera como el modo principal de transferencia de calor en la envoltura de un edificio. De hecho, estos productos, como la mayoría de los materiales de edificios, tienen tasas de transferencia radiante muy altas. En otras palabras, las superficies de tipos de aislantes estándar son buenos irradiadores de calor radiante.

AISLANTE REFLECTIVO

El aislante reflectante utiliza capas de aluminio, plástico para atrapar el aire y de esa manera, reducir la transferencia de calor convectivo. El componente del aluminio, sin embargo, es muy efectivo para reducir la transferencia de calor radiante. De hecho, los materiales comúnmente utilizados en los aislantes Prodex cuentan con una emitancia de 0.03 por lo que reducen hasta en un 97% la transferencia de calor radiante.

Los valores de emisividad van del 0 al 1, en donde el 0 significa radiación nula y el 1 es la medida más alta de emisividad o radiación. La mayoría de los materiales de construcción que incluye los aislantes de fibra de vidrio, espuma y celulosa tienen

valores de emisividades de superficie o valores “E” que exceden 0.70. Los aislantes reflectivos típicamente tienen valores “E” de 0.03 entre más bajo es este valor, mejor es el poder de rechazo de calor radiante. Por ende, el aislante reflectivo es superior a otros tipos de materiales aislantes en reducir el calor radiante. Sea que se enuncie como reflectividad o emisividad, el desempeño en transferir calor es el mismo. En todos los casos, el material reflectivo debe ser adyacente a un espacio con aire.

Se recomienda que el lado reflectivo quede expuesto a una cámara de aire ya sea por encima o por debajo del clavador.

A los tipos de instalaciones se hará referencia más adelante.


Una “barrera radiante” es una superficie reflectiva de baja emisividad como lo define el ASTM C-1313 en donde la emisividad es 0.10 o menos en/o cerca de un componente de construcción, que intercepta el flujo de energía radiante. La barrera queda expuesta a lo interno limitando así la transferencia de calor por radiación.

Debe quedar claro que aunque la barrera radiante reduce la pérdida de calor y gana a través de la envoltura de la construcción porque se instala en cavidades abiertas (como cielorrasos), no es un material aislante en sí mismo y no tiene un valor R inherente.

BARRERA RADIANTE SISTEMAS DE BARRERA RADIANTE (RBS)

Un “sistema de barrera radiante” (RBS) por sus siglas en inglés, es una sección de la construcción que incluye una barrera radiante que está frente a un espacio de aire abierto o expuesto, a una distancia de más de 12 pulgadas se puede considerar como (RBS).

En un cielorraso, la eficacia de una barrera radiante se ve afectada significativamente por la cantidad de ventilación que tiene el cielorraso. Un cielorraso ventilado con una barrera radiante es un sistema muy distinto al de un cielorraso no ventilado con la misma barrera radiante. La utilización de cielorrasos ventilados debe de ser analizada previamente con el departamento técnico de Prodex para evaluar su eficacia.


El aislamiento reflectivo (RIS) por sus siglas en inglés, está disponible en una variedad de formas que incluyen una o más superficies de baja emitancia (emisividad). Las superficies de baja emitancia son generalmente proporcionadas por aluminio o superficies de aluminio depositado las cuales muestran una muy baja emitancia y altas reflectancias a la radiación de larga longitud de onda (rayos infrarrojos). Las láminas metálicas son sujetadas a espuma de polietileno de celda cerrada para dar fortaleza mecánica y apoyo. Este material agrega valor a la resistencia térmica del sistema de aislamiento reflectivo el cual se crea con un diseño y una evaluación del espacio a construir en el edificio. La siguiente discusión de resistencias térmicas será limitada para flujos de calor unidimensional a través de espacios de aire reflectante.

Un sistema de aislamiento reflectivo (RIS) por sus siglas en inglés, está formado por un RIM (material de aislante reflectivo) posicionado para formar uno o más espacios de aire cerrados. Un buen diseño de RIS tendrá al menos una de las principales superficies con baja emitancia delimitando cada espacio de aire. El propósito de superficies de baja emitancia y alta reflectancia es reducir significativamente la transferencia de calor radiante a través de los espacios de aire cerrados. Los espacios de aire cerrados que componen un RIS no son ventilados. No debería de haber movimiento de aire de salida o entrada del espacio cerrado. Los espacios de aire reflectante (espacios encerrados) están posicionados de tal manera que las superficies principales sean perpendiculares a la dirección anticipada del flujo de calor. Cuando esto se ha hecho las resistencias térmicas de los espacios de aire en serie son sumables.

MÉTODO DE CÁLCULO DE RIS

La resistencia térmica para un flujo de calor unidimensional a través de una serie de espacios de aire reflectante n es:

RTOTAL = RESPACIO DE AIRE UNO + RESPACIO DE AIRE DOS + ...RESPACIO DE AIRE “n” + R espuma Prodex

El calor es transferido a través de espacios de aire por conducción y convección así también como radiación. La transferencia de calor convectivo dentro del espacio de aire está relacionada con el movimiento del aire causado por las diferencias de temperatura. La densidad del aire a presión constante disminuye al aumentar la temperatura. Una diferencia de temperatura entre dos regiones provoca diferencias de densidad en el aire, lo cual promueve las fuerzas boyantes y el movimiento del aire o convección natural. La magnitud de las fuerzas de empuje aumenta tal y como la temperatura aumenta y el movimiento inducido del aire depende de la magnitud de la fuerza boyante y de su dirección relacionada con la gravedad. Dado que el flujo de calor está en la dirección de disminuir la temperatura, la dirección de la fuerza boyante dependerá de la orientación y de las temperaturas de las superficies delimitadas. Como resultado, la contribución convectiva a la transferencia de calor en general depende de la dirección del flujo de calor. El flujo de calor convectivo hacia arriba es mayor y el flujo de calor convectivo hacia abajo es menor y puede ser cero en un sistema idealizado con aire estancado.


∈i IR emitancia por superficie “i”, i = 1 or 2E Emitancia efectiva para un espacio de airehc Coeficiente de transferencia de calor convectivo, Btu/ft2·hr·°Fhr Coeficiente de transferencia de calor radiante, Btu/ft2·hr·°Fl Grosor del espacio de aire, pulgadasQ Flujo de calor, Btu/hr·ft2

R Resistencia térmica, ft2·hr·°F/BtuT

μ Promedio de temperaturas de superficies calientes y frías, °F

ΔT Diferencia de temperaturas entre superficies calientes y frías, °F

R= (E . hr + hc)-1=

E=

∆T

1 1

Q

∈1

∈2[ ]+

-1

-1

hr= 0.00686

hc= f (l, Tm ,∆T, dirección del flujo de calor)

(Tm + 459.7)100[ ]3

Los estimados de la resistencia térmica de un único espacio de aire reflectante que tiene superficies delimitadas paralelas, las cuales son perpendiculares a la dirección del flujo de calor pueden hacerse usando las siguientes ecuaciones:

La Ecuación (2.1) expresa matemáticamente el hecho que el valor R depende de la transferencia de calor por radiación, E·hr, y la transferencia de calor por conducción-convección, hc. Al factor multiplicativo E se le llama con frecuencia emitancia efectiva y está entre los valores de 0 a1. Este valor depende de las emitancias de las dos superficies principales delimitantes, ∈i y ∈2, tal y como se muestra en la Ecuación (2.1). El valor “E” para un espacio de aire, un delimitante de aluminio de baja emitancia es muy bajo, normalmente en el rango de 0.03 a 0.05.

La ecuación (2.3) es el coeficiente de transferencia de calor por radiación, h r, entre dos superficies paralelas. El hr se multiplica por “E” para introducir el efecto de emitancias de superficies. La Ecuación (2.2) ha sido derivada para planos paralelos infinitos y discutida en la mayoría de textos relacionados con transferencia de calor radiante.

La ecuación para hc es la complicación en el cálculo del valor R. La Ecuación (2.4) indica que hc depende (está en función de) cuatro variables para un flujo de calor unidimensional entre superficies paralelas. Los valores para hc son obtenidos de datos experimentales para un flujo de calor total como el que se obtiene en instalaciones de caja detectora de calor para pruebas térmicas (se conoce en inglés hot-box, del modo descrito en ASTM C 236). Los términos R, E y h r son obtenidos por la emitancia y medidas de la caja detectora de calor. Los valores para hc son derivados de juegos de medidas de la caja detectora de calor realizadas para una dirección específica de flujo de calor.

El flujo de calor unidimensional y los valores de R entre superficies paralelas mantenidas a diferentes temperaturas y separadas por una distancia “l” están establecidos por las ecuaciones mencionadas y que aparecen arriba. El procedimiento ha sido utilizado para generar los siguientes tres cuadros para un único espacio de aire. Los valores R para Tμ = 50°F y ΔT = 30°F. Estas temperaturas cumplen con los requerimientos de la regla del etiquetado de la Comisión de Comercio Federal (FTC por sus siglas en inglés), para productos de “una lámina”.


Ecuación (2.1)

Ecuación (2.2)

Ecuación (2.3)

Ecuación (2.4)

En los cuadros 2.1, 2.2 o 2.3 se encuentra un acercamiento de coeficiente de transferencia de calor convectico según su dirección de flujo la diferencia de temperatura ΔT y distancia entre la superficie del material aislante y la superficie que irradia calor.

Los valores R están relacionados a ΔTi. La única cantidad conocida en la Ecuación (2.5) es la diferencia de temperatura total ΔT. Un acercamiento para resolver R es primeramente estimar los valores ΔTi. lo cual entra en un proceso reiterativo. Estos deberían hacerse de tal manera que la Ecuación (2.6) se cumpla. Dado un conjunto de prueba de ΔTi, la temperatura promedio T en cada elemento puede ser calculada y Ri puede entonces estimarse basados en los cuadros 2.1, 2.2 o 2.3. El R total se calcula con la sumatoria de Ri tal y como lo indica la Ecuación (2.7). Una vez que Ri está calculada se usa para recalcular ΔTi por medio de la Ecuación (2.5). Este proceso reiterativo se continúa hasta que se obtengan valores constantes para ΔTi y Ri.

El procedimiento de cálculo puede ser mejorado utilizando el procedimiento reiterativo y la Ecuación (2.1) para calcular los valores de Ri. Los cuadros han sido preparados para facilitar el cálculo de un espacio de aire intermedio a una temperatura de 75°F.

∆T∆Ti= Ri *

∆T =Σ ∆Ti

R=Σ Ri

R

i

i


(2.5)

(2.6)

(2.7)

CUADRO 2.1 Coeficientes de Conducción-Convección, hc , para usarse en Ecuación (2.1)


Flujo de Calor hacia Abajo Ancho del Espacio de Aire (l, in.)

DT 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

5 0.359 0.184 0.126 0.097 0.080 0.068

10 0.361 0.187 0.129 0.100 0.082 0.072

15 0.363 0.189 0.131 0.101 0.085 0.075

20 0.364 0.190 0.132 0.103 0.087 0.078

25 0.365 0.191 0.133 0.105 0.090 0.081

30 0.366 0.192 0.134 0.106 0.092 0.082

Flujo de Aire Horizontal Ancho del Espacio de Aire (l, in.)

DT 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

5 0.360 0.204 0.169 0.179 0.185 0.189

10 0.366 0.267 0.223 0.233 0.238 0.241

15 0.373 0.247 0.261 0.271 0.275 0.276

20 0.380 0.270 0.292 0.301 0.303 0.303

25 0.387 0.296 0.317 0.325 0.327 0.326

30 0.394 0.319 0.339 0.347 0.347 0.345

EJEMPLOS DE CÁLCULO

EJEMPLO (2.1) Cálculo de Resistencias Térmicas para un único espacio de aire

Especificaciones Superficie Uno: T = 70°F, ε1 = 0.03 Superficie Dos: T = 80°F, ε2 = 0.80 Espacio entre superficies, l, 2.0 pulgadas Flujo de calor hacia abajo

Ecuación 2 para Ε Ε = (1/0.03 + 1/0.8 - 1)-1 = 0.0298 Τμ = (70 + 80)/2 = 75 DT = 80 - 70 = 10

hc del Cuadro (2.1) hc = 0.100 hr de la Ecuación (2.3) hr = 1.049 R de la Ecuación (2.1) R = (0.0298 x 1.049 + 0.100)-1 = 7.6 (ft2·h·°F/Btu)


Flujo de Calor hacia arriba Ancho del Espacio de Aire (l, in.)

DT 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0

5 0.381 0.312 0.295 0.284 0.275 0.268

10 0.429 0.381 0.360 0.346 0.336 0.328

15 0.472 0.428 0.405 0.389 0.377 0.368

20 0.511 0.465 0.440 0.423 0.410 0.400

25 0.545 0.496 0.469 0.451 0.437 0.426

30 0.574 0.523 0.494 0.475 0.460 0.449

EJEMPLO (2.2) Estimación de Resistencia Térmica para dos espacios de aire reflectante de una pulgada en serie

Especificaciones: Espacio de aire 1: 1.0 pulgada de ancho Lado uno ε1 = 0.80 Lado dos ε2 = 0.03

Espacio de aire 2: 1.1.0 pulgada de ancho Lado uno ε1 = 0.03 Lado dos ε2 = 0.80

Temperatura del lado frío 70°F Temperatura del lado cálido 80°F

Primera aproximación para DT

DT a través del espacio de aire 1: DT1 = 5°F DT a través del espacio de aire 2: DT2 = 5°F

Use hc a la temperatura indicada 75°F como una aproximación

Τμ para espacio de aire 1: 72.5°F Τμ para espacio de aire 2: 77.5°F Ε1 = Ε2 = 0.0298

Del Cuadro (2.1) hc1 = 0.184 hc2 = 0.184

De la Ecuación (2.3) hr1 = 1.034 hr2 = 1.064

De la Ecuación (2.1) R1 = 4.66 R2 = 4.64 R = R1 + R2 = 9.3

Aproximación revisada para DT

DT1 = 10 x 4.66/9.3 = 5.01 DT2 = 10 x 4.64/9.3 = 4.99

Estos valores DT coinciden con los valores asumidos. Si los resultados no son satisfactorios entonces el cálculo debe de repetirse usando los valores calculados para DT.

Ejemplos (2.1) y (2.2) muestran el acercamiento utilizado para

calcular las resistencias térmicas para un sistema ideal. Un cálculo más preciso puede ser el resultado de una expresión matemática para hc en lugar de la del cuadro. En la mayoría de los casos, los valores de R medidos son menores que aquellos calculados por un sistema ideal.


Existe gran variedad de cubiertas en el mercado, cada fabricante recomienda o especifica el manejo e instalación, para el caso de este manual haremos una reseña de las láminas más utilizadas en el medio.

1. TEJAS DE BARRO

Los hallazgos más tempranos de la utilización de teja en azotea se dieron en Grecia arcaica en donde las piezas de arcilla cocinada comenzaron a sustituir las cubiertas de paja en las azoteas de los templos de Apolo y de Poseidón entre 700-650 A.C.

Rápidamente, se implementaron en cubiertas de viviendas. En un plazo de cincuenta años se encuentra evidencia de una gran cantidad de sitios alrededor del mundo donde se utilizaron las tejas de barro como una manera innovadora de solucionar el problema de la lluvia. Se halla evidencia en edificaciones en el mediterráneo del este, Grecia, Italia occidental, Asia Menor, meridional y central.

ELEMENTOS ESTRUCTURALESCAPÍTULO

3

TIPOS DE CUBIERTAS

Rendimiento: 14 Unidades / m2.Peso: 3.5 Kg.Medidas reales: 26 x 43 cms. (Ancho x Longitud)Pendiente mínima recomendada: 30 grados (58%)

Rendimiento: 18 Unidades / m2.Peso: 2.0 Kg.Medidas reales: 22 x 18 x 45 cms. (Cabeza x Cola x Longitud).Pendiente mínima recomendada: 30 grados (58%).


2. TEJA FRANCESA

3. TEJA COLONIAL

Cuadro (3.1)Pendiente mínima recomendada: 26.79 grados (15%)

4. CUBIERTA DE ACERO ONDULADA GALVANIZADA

CalibreEspesor Acero

Base (mm)Largo(mts)

Ancho Total (mts)

Ancho Útil(m)

Cubrimiento efectivo (m2)

Distancia de clavadores

Peso(kg)

26 0.45 1.83 1.05 0.96 1.61 0.84 8.2226 0.45 2.44 1.05 0.96 2.2 1.14 10.9626 0.45 2.44 1.05 0.96 2.78 0.96 13.726 0.45 3.66 1.05 0.96 3.37 1.17 16.4428 0.32 1.83 1.05 0.96 1.61 0.84 5.9128 0.32 2.44 1.05 0.96 2.2 1.14 7.8928 0.32 3.05 1.05 0.96 2.78 0.96 9.8628 0.32 3.66 1.05 0.96 3.37 0.87 11.8328 0.32 1.83 0.81 0.71 1.19 0.84 4.528 0.32 2.44 0.81 0.71 1.63 1.14 6.0128 0.32 3.05 0.81 0.71 2.06 0.96 7.5128 0.32 3.66 0.81 0.71 2.49 0.87 9.0130 0.27 1.83 0.81 0.71 1.19 0.84 3.8230 0.27 2.44 0.81 0.71 1.63 1.14 5.130 0.27 3.05 0.81 0.71 2.06 0.96 6.3730 0.27 3.66 0.81 0.71 2.49 0.87 7.6531 0.23 1.83 0.81 0.71 1.19 0.84 3.331 0.23 2.44 0.81 0.71 1.63 0.76 4.431 0.23 2.74 0.81 0.71 1.84 0.84 4.9431 0.23 3.05 0.81 0.71 2.06 0.96 5.531 0.23 3.66 0.81 0.71 2.49 0.87 6.632 0.2 1.83 0.81 0.71 1.19 0.84 2.8732 0.2 2.44 0.81 0.71 1.63 0.76 3.8332 0.2 3.05 0.81 0.71 2.06 0.96 4.7932 0.2 3.66 0.81 0.71 2.49 0.87 5.74

Lámina de acero con recubrimiento de zinc (galvanizada) o con requerimiento de aleación zinc-hierro por el proceso de inmersión en caliente. Es una de las cubiertas más utilizadas a nivel residencial en América Latina.


5. LÁMINA ONDULADA FIBROCIMENTO

6. CUBIERTAS DE LÁMINA CONTINUA

Las láminas continuas son utilizadas en proyectos con gran área de techo en edificios de estructura metálica, son traslapadas mecánicamente por medio de un sello mecánico conocido como engargolado. Este sello permite la unión mecánica de las láminas y un sello contra la lluvia.

Las longitudes son desarrolladas en sitio por medio de una máquina que toma los rollos de lámina y les da la forma de cubierta por medio de rodillos.

Teja Ancho Longitud Superficie Traslape Peso

No. Total Útil Total Útil Total Útil Long. Lateral

m m m m m2 m2 m m kg

2 0.61 0.47 0.92 0.873 0.561 0.41 0.14 0.047 6.5

3 0.91 0.77 0.92 0.873 0.837 0.672 0.14 0.047 9.75

4 1.22 1.08 0.92 0.873 1.122 0.942 0.14 0.047 13

5 1.52 1.38 0.92 0.873 1.398 1.204 0.14 0.047 16.25

6 1.83 1.69 0.92 0.873 1.683 1.475 0.14 0.047 19.5

8 2.44 2.3 0.92 0.873 2.244 2.007 0.14 0.047 26

10 3.05 2.91 0.92 0.873 2.806 2.54 0.14 0.047 32.5

Cuadro(3.2)Pendiente recomendada: 15 grados (15%) 30 grados (57.7%) máxima


Lámina hecha de fibrocemento con alta resistencia mecánica reforzado para ambientes salinos o corrosivos.

En orden de conocer el área del techo que se requiere aislar es importante conocer primero la pendiente que el fabricante de la cubierta recomienda, este valor se expresa en grados o en %. A continuación viene una tabla con los valores más utilizados por los distintos tipos de cubiertas que se encuentran en el mercado.

MODULACIÓN DE TECHOS

El coeficiente de pendiente es un valor que da una solución rápida al cálculo de la longitud del techo desde su parte más alta a su punto más bajo, o sea la distancia entre la cumbrera y la canoa.

Pendientes más usadas

PORCENTAJE ÁNGULO COEFICIENTE DE PENDIENTE100 45º 1.414290 41º59´ 1.345480 38º40´ 1.280670 35º 1.220660 38º58´ 1.1662

57.7 30º 1.154755 28º49´ 1.141350 26º34´ 1.1181

46.6 25º 1.103445 24º14´ 1.096640 21º48´ 1.0769

36.39 20º 1.064235 19º17´ 1.059530 16º42´ 1.044

26.79 15º 1.035325 14º02´ 1.030820 11º17´ 1.0199

17.63 10º 1.015415 8º32´ 1.012210 5º43´ 1.005

8.75 5º 1.00385 2º52´ 1.00120 0º0´ 1


Cuadro (3.3.)


➜ Ejemplo (3.1)Tenemos que cubrir una distancia de AB de cubierta de acero ondulada galvanizada con una pendiente de 15º, sabemos que la distancia del segmento CB es de 3metros la cual se toma midiendo la distancia entre centro de la construcción alineado con la cumbrera hasta la pared lateral (sin tomar en cuenta la distancia de los aleros). Para determinar la distancia AB de la figura anterior, se procede con el siguiente cálculo:

A

B

Del cuadro (3.3) Para una pendiente de 15º se tiene el coeficiente de pendiente de 1.0353.__ __AB=CP(coeficiente de pendiente) x CB Ecuación (3.1)__AB= 1.0353 x 3=3.1059 mLa distancia que existe entre la canoa y la cumbrera es de 3.1059 m

__CB= 3m

A

CB

CÁLCULO DE SUPERFICIE DE CUBIERTA EN TECHOS INCLINADOS Y CURVOS


Para realizar el cálculo de cantidad de materiales necesarios en el techo, se presenta la necesidad de calcular la superficie real de la cubierta.

AL

h

A L

h

L2

L1

h

TECHO A UN AGUA PendienteH/Lx100. Ecuación (3.2.)Superficie de cubiertaA X L x CP. Ecuación (3.3.)Donde:A = Ancho del faldónL = Luz a cubrirCP = Coeficiente de Pendiente

TECHO A DOS AGUASPendienteH / L x 100. Ecuación (3.4)Superficie de cubiertaA x L x CP Ecuación (3.5)

TECHO A CUATRO AGUASPendiente2H / L2 x 100 Ecuación (3.6)Superficie de cubierta2H CP/Pend. (L1 + L2/2 – H/Pend.) Ecuación (3.7)

CÁLCULO EN CUBIERTAS CURVAS O PARABÓLICAS

RECOMENDACIONES DE MANEJO


En el caso de tener que aislar un galpón cuya estructura es de forma curva, el procedimiento de cálculo será el siguiente.

L

A B

fCurva CB=90

π x R x a

¿CÓMO ALMACENAR?

• Se almacena en lugares secos• No se debe sacar del empaque hasta que se use• Altura máxima de almacenamiento 2.50 m para evitar caídas

de operarios o bodegueros• En caso de dejar en bodega por varios meses, asegúrese de

tener un control de plagas ya que en caso de materiales con mordeduras de roedores, perderán su garantía comercial

HERRAMIENTAS DE INSTALACIÓNNo se requiere de herramienta especializada, cualquier persona con experiencia en instalación de cubiertas se encuentra en la capacidad de instalar aislantes reflectivos Prodex.

Se requiere de:1. Cinta métrica: se usa para medir la distancia entre apoyos, marcar el aislante por la parte superior y conocer donde ubicar los tornillos que lo fijarán a la estructura.

2. Marcador para señalar los puntos en el que el material requiere ser cortado.

3. Cuchilla utilitaria (cutter), se utiliza para realizar los cortes con la distancia requerida para la instalación.

4. Taladro para llevar a cabo la colocación de los tornillos en el aislante y la estructura.

MATERIALES NECESARIOS1. Tornillos punta fina y punta broca dependiendo de la estructura (si es de madera o de acero). Los tamaños requeridos van desde 1.5” a 4” dependiendo del tipo de cubierta que se va a colocar.

Ecuación (3.8)

Donde:Radio de curvatura (R) = (L2/4+f2) /2F. Ecuación (3.9)

a = arcsen (L/2R). Ecuación (3.10)

GUÍA DE SELECCIÓN Y MÉTODO DE INSTALACIÓN

GUÍA DE SELECCIÓN Y MÉTODO DE INSTALACIÓN

PRODEX® es un aislante térmico reflectivo desarrollado bajo las más altas normas de calidad, diseñado para ahorrar energía eliminando el calor radiante que emiten los techos, pisos o paredes dentro de las construcciones. Protege su casa, comercio o proyecto brindándole CONFORT en cualquier época del año.

➜ Estructura de polietileno en celda 100% cerrada ➜ Impermeable al agua

➜ Resistente a la formación de hongos

➜ Barrera de vapor

➜ Densidad de 20 - 30 kg / m2

➜ Emitancia de 0.03

➜ Valor de la espuma **LAMBDA de 0.032w/mk➜ Permite obtener ahorro energético con el uso del aire acondicionado

➜ Protege su construcción del calor en climas cálidos ➜ Mantiene la temperatura interna confortable en zonas frías ➜ No promueve la generación de hongos o bacterias

➜ No provoca alergias

➜ Impermeable, higiénico y resistente a agroquímicos, ácidos, bases, aceites, revestimientos y detergentes

➜ Acabados finales de alta calidad ➜ Liviano y fácil de manejar. Sencillo de instalar ➜ Libre de gases tóxicos ➜ Libre de *CFC. No daña la capa de ozono

Descripción Características

Beneficios

*CFC (clorofluorocarburo o clorofluorocarbonados):Esta sustancia alcanza la estratósfera donde es disociado por la radiación ultravioleta, liberando el cloro de su composición y dando comienzo al proceso de destrucción del ozono. Hoy se ha demostrado que la aparición del agujero de ozono sobre la Antártida, a comienzos de la primavera austral, está relacionado con la fotoquímica de los CFCs.

**LAMBDA:Coeficiente de conductividad térmica que expresa la cantidad o flujo de calor que pasa a través de la unidad de superficie de una muestra.

MANUAL DE ESPECIFICACIONES TÉCNICAS

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