Página 12 - CYAD Anuario 2011
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Importancia del análisis de transferencia de calor.....
modelo
físico
Para evaluar el comportamiento térmico de un ele-
mento (muro o techo) de la envolvente de una edi-
ficación se puede usar, como una aproximación, un
modelo unidimensional, es decir, se desprecian los
efectos bidimensionales y tridimensionales por las
uniones con otros elementos, o por vanos en el ele-
mento a evaluar. El modelo unidimensional se con-
sidera una buena aproximación, ya que en la envol-
vente la proporción de las zonas de muros y techos,
donde los efectos bidimensionales y tridimensiona-
les son importantes, es pequeña comparada con las
zonas donde no lo son.
Los efectos de convección y radiación en las superfi-
cies del elemento semodelan usando coeficientes de
transferencia de calor de película,
ho
para la superfi-
cie exterior y
hi
para la interior, ambos enW/m
2
o
C. El
modelo físico se esquematiza en la Figura 1, para el
caso particular de un elemento compuesto por dos
capas. Las temperaturas ambiente, exterior e interior,
están denotadas por
To
y
Ti
respectivamente,
Two
es
la temperatura de la superficie externa del elemento
y
Twi
es la temperatura de la superficie interna del
elemento. El modelo considera que al interior, a una
distancia
d
del elemento, existe una condición de
flujo de calor cero, ya sea por una pared adiabática
o por una condición de simetría.
En el modelo, el efecto combinado de la radiación
solar incidente en el elemento de la envolvente y la
temperatura del aire exterior se toma en cuenta a tra-
vés de una temperatura equivalente llamada tempe-
ratura sol-aire.
7
Donde,
Tsa
es la temperatura sol-aire (
o
C),
To
es la
temperatura del aire en el exterior (
o
C),
I
es la radia-
ción solar por unidad de área sobre la superficie del
elemento (
W/m
2
), estas tres cantidades son función
del tiempo. Los factores
a
y
ho
son respectivamente
la absortividad de la superficie (adimensional) y el
coeficiente de transferencia de calor de película ex-
terior debida a la convección y la radiación (
W/m
2
o
C).
El término
RF
es el factor por la radiación infrarroja ra-
diada desde la superficie del elemento hacia el cielo,
ASHRAE recomienda asignar un valor de 3.9
o
C para
superficies horizontales que miran hacia arriba (te-
chos). Para un muro vertical
RF
se toma como cero
8
.
Utilizando esta temperatura equivalente, la tempe-
ratura exterior del elemento de la envolvente
T
wo
se
sustituye por
Tsa
. Entonces, el problema consiste en
conocer la temperatura al interior
Ti
por efecto del
elemento, dada una temperatura sol-aire
Tsa
.
En general se puede decir que un elemento de la en-
volvente es mejor térmicamente que otro si: amor-
tigua más la variación de la temperatura exterior, si
produce un retraso del máximo de la temperatura
interior con respecto al máximo de la temperatura
sol-aire lo más cercano a doce horas y en clima cáli-
Tsa
=
To
+
aI
_
RF
ho
7 Ulgen, 2002. Experimental and theoretical investigation of effects of wall’s thermophysical properties on time lag and decrement factor.
Energy and Buildings, Vol. 34, p. 273-278.
8 ASHRAE 1997. ASHRAE Handbook Fundamentals, SI Edition, American Society of Heating, Refrigerating and Air Conditioning Engineers,
Atlanta. p. 28.5
Figura 1. Modelo físico de la transferencia de calor a través
de un elemento de la envolvente. Caso de un elemento com-
puesto por dos capas
