4.1 PROPIEDADES HIGROTÉRMICAS.

4.1.1.- Definición de las Propiedades Higrotérmicas.

Las propiedades higrotérmicas son aquellas características de los materiales que definen la capacidad de los mismos para reducir las pérdidas caloríficas, proporcionar aislamiento térmico o impedir condensaciones.

Los edificios se caracterizan térmicamente a través de las propiedades higrotérmicas de los productos de construcción que componen su envolvente térmica. Dicha envolvente térmica queda definida a través de los siguientes conceptos:

- Calor específico.

- Conductividad térmica, a veces expuesta como resistencia térmica.

- Factor de resistencia a la difusión del vapor de agua, expuesta en ocasiones como resistencia al vapor de agua.

- Densidad.

- Transmitancia térmica.

- Absortividad.

4.1.2.- Calor Específico.

El calor específico es la cantidad de calor que se necesita por unidad de masa para elevar la temperatura un grado centígrado. La relación entre calor y cambio de temperatura, se expresa normalmente en la fórmula que se muestra abajo, donde c es el calor específico.

Esta fórmula no se aplica si se produce un cambio de fase, porque el calor añadido o sustraído durante el cambio de fase no cambia la temperatura.

𝑄𝑄 = 𝑐𝑐 ⦁ 𝑚𝑚 ⦁ ∆𝑇𝑇

Siendo Q el calor añadido, c el calor específico, y m y ∆T, la masa y la diferencia de temperatura, respectivamente.

El calor específico c es una propiedad intensiva, cuyas unidades según el Sistema Internacional (SI) son J/g ⁰C.

4.1.3.- Conductividad térmica y resistencia térmica.

4.1.3.1.- Conductividad térmica.

La conductividad térmica se refiere a la capacidad de un material para transmitir el calor. Su valor puede depender de factores propios, como la densidad, la porosidad o el tamaño de los poros, o bien, de factores externos como la temperatura o la humedad. En la mayoría de las ocasiones depende de la combinación de ambos factores, tanto internos como externos.

Se identifica con el coeficiente de conductividad térmica (coeficiente λ), el cual se define como la cantidad de calor necesario por m2 _{para que, atravesando durante la} unidad de tiempo 1 m de material homogéneo, obtenga una diferencia de 1ºC de temperatura entre las dos caras.

Se expresa en Kcal / m∙h∙ºC, o bien, como W / m∙K.

Cuanto menor sea el coeficiente λ de un material, mejor aislante térmico será dicho producto. Por lo tanto, cuanto menor sea la conductividad térmica, mayor será el confort térmico ofrecido por el material.

4.1.3.2.- Resistencia térmica.

La resistencia térmica es la oposición que ejerce un material a ser atravesado por el calor. Se valora dividiendo el espesor del material por el coeficiente λ, por lo que esta propiedad es proporcional al espesor.

Se expresa como R = e/λ, siendo e y λ, el espesor y el coeficiente de conductividad térmica, respectivamente. Sus unidades son m2_{∙K/W, o bien m}2_{∙ºC∙h/Kcal.}

En este caso, cuanto mayor sea el valor de R, mejor aislante térmico será el material estudiado.

4.1.4.- Difusión del vapor de agua.

El vapor de agua que se difunde por el interior del cerramiento lo hace a causa de la diferencia de presión de vapor entre el interior y el exterior del mismo, del mismo modo, que se produce el flujo de calor a través del cerramiento debido a la diferencia de temperaturas.

4.1.4.1.- Factor de resistencia a la difusión de vapor de agua.

El factor μ de la resistencia a la difusión de vapor de agua se obtiene dividiendo la permeabilidad del vapor de agua del aire por la permeabilidad al vapor de un material poroso. Para el aire a 0ºC, la permeabilidad del vapor de agua es de 675∙10-3 _{mg /} (m∙h∙Pa).

La permeabilidad está definida como la capacidad que tiene un material a permitir que un líquido lo atraviese, sin alterar su estructura interna. Se afirma que un material es permeable si deja pasar a través de él una cantidad apreciable del fluido en un tiempo dado, e impermeable, si la cantidad de fluido que atraviesa el material es despreciable. Por lo tanto, la permeabilidad, representada por δ, indica la cantidad de vapor por unidad de tiempo que un material deja pasar a través de sí mismo cuando se dan condiciones unitarias de superficie, espesor y diferencia de presión entre las caras. El factor de resistencia a la difusión de vapor de agua es un número adimensional que describe la capacidad de un material de resistir al paso del vapor de agua, en comparación con la del aire. Consecuentemente, un factor μ elevado, equivale a una alta resistencia a la transmisión de vapor de agua.

El factor μ queda definido por la expresión,

𝜇𝜇 = _𝛿𝛿𝛿𝛿𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑚𝑚

Siendo 𝛿𝛿𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 y 𝛿𝛿𝑚𝑚𝑎𝑎𝑚𝑚𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑚𝑚, la permeabilidad del aire y del material de estudio, respectivamente.

4.1.4.2.- Resistencia a la difusión del vapor.

Se define como resistencia a la difusión del vapor de una capa de material, a la dificultad que opone a dejar pasar el vapor, siendo directamente proporcional al espesor e inversamente proporcional a la permeabilidad. Se expresa con el factor μ, que viene dado por la expresión,

𝜇𝜇 = 𝑑𝑑_𝛿𝛿

Siendo sus unidades (m2_{∙h∙Pa) / mg.}

En el caso de que se trate de un cerramiento formado por varias hojas, se suman las distintas resistencias que se obtienen para cada una de las hojas.

4.1.5.- Densidad.

La densidad se define como la relación entre masa y volumen de un material. Siendo sus unidades Kg/m3.

Para el estudio de la conductividad que se ha realizado en este proyecto se deben tener en cuenta dos tipos de densidad, la densidad relativa y la densidad aparente.

4.1.5.1.- Densidad relativa.

La densidad relativa de una sustancia es la relación existente entre su densidad y la de otra sustancia de referencia. En consecuencia, es una magnitud adimensional.

Donde es la densidad relativa, es la densidad de la sustancia, y es la densidad de referencia o absoluta.

Para los líquidos y los sólidos, la densidad de referencia habitual es la del agua líquida a la presión de 1 atm y la temperatura de 24 °C. En esas condiciones, la densidad absoluta del agua destilada es de 1000 kg/m³, es decir, 1 kg/dm³. Para los gases, la densidad de referencia habitual es la del aire a la presión de 1 atm y la temperatura de 0 °C.

4.1.5.2.- Densidad aparente.

La densidad aparente es una magnitud aplicada en materiales de constitución heterogénea, y entre ellos, los porosos como el suelo, los cuales forman cuerpos heterogéneos con intersticios de aire u otra sustancia, de forma que la densidad total de un volumen del material es menor que la densidad del material poroso si se compactase. En el caso de un material mezclado con aire se tiene:

La densidad aparente de un material no es una propiedad intrínseca del material y depende de su compactación. La densidad aparente del suelo ( ) se obtiene secando una muestra de suelo de un volumen conocido a 105 °C hasta peso constante.

Dónde:

WSS, Peso de suelo secado a 105 °C hasta peso constante.

VS, Volumen original de la muestra de suelo. 4.1.6.- Transmitancia térmica.

La transmitancia térmica (U) de un cerramiento es la cantidad de calor que atraviesa. Se calcula como el flujo de calor, en régimen estacionario, dividido por el área y por la diferencia de temperaturas de los medios situados a cada lado del elemento que se considera.

Cuanto menor sea la transmitancia térmica de un cerramiento, mejor aislamiento térmico posee, y por lo tanto, mayor confort higrotérmico generará el material.

4.1.7.- Factor solar y absortividad.

El factor solar es el cociente entre la radiación solar a incidencia normal que se introduce en el edificio a través del acristalamiento y la que se introduciría si el acristalamiento se sustituyese por un hueco perfectamente transparente.

La absortividad es la fracción de la radiación solar incidente a una superficie que es absorbida por la misma. La absortividad va desde 0 a 1, siendo 0 el 0% y 1 el 100%.

4.1.8.- Propiedades higrotérmicas en la construcción.

En la construcción, los edificios se caracterizan térmicamente a través de las propiedades higrotérmicas de los productos de su envolvente térmica, utilizados en la construcción de dichos edificios.

Cada característica de las explicadas anteriormente es aplicable a un sistema de construcción. Así se distinguen los productos para los muros y la parte ciega de la cubierta, de los productos para los huecos y lucernarios.

Los productos para los muros y la parte ciega de las cubiertas se definen mediante las siguientes propiedades higrométricas:

• La conductividad térmica λ (W/mK);

• El factor de resistencia a la difusión del vapor de agua μ. En su caso, además se podrán definir las siguientes propiedades:

• La densidad ρ (kg/m3);

• El calor específico Cp (J/Kg∙K).

Los productos para huecos y lucernarios se caracterizan mediante los siguientes parámetros, según el caso estudiado, ya sea la parte transparente del hueco, o bien, los marcos huecos y lucernarios:

En el caso, de la parte semitransparente del hueco por:

• La transmitancia térmica U (W/m2_K);

En el caso de marcos de huecos, puertas y ventanas, y lucernarios por:

• La transmitancia térmica U (W/m2_K);

• La absortividad.

De acuerdo con el CTE (Código Técnico de Edificación), para el estudio del aislamiento térmico de un edificio se tienen en cuenta las siguientes características higrotérmicas:

- Densidad

- Conductividad térmica

- Calor específico

- Factor de resistencia a la difusión del vapor de agua.

Estas cuatro características son las estudiadas en este proyecto para la clasificación de los materiales según su eficiencia energética. Estos materiales en el caso de este estudio, son yesos.

En todos los casos se utilizarán valores térmicos de diseño, los cuales se pueden calcular a partir de los valores térmicos declarados según la norma UNE EN ISO 10 456:2001. Esta norma, a su vez, extrae estos valores térmicos de los tabulados por la norma UNE EN 12524. En general y salvo justificación los valores de diseño serán los definidos para una temperatura de 10 ºC y un contenido de humedad correspondiente al equilibrio con un ambiente a 23 ºC y 50% de humedad relativa.

En la tabla siguiente se muestran los valores térmicos y las propiedades higrotérmicas reflejadas por el Código Técnico de Edificación en el Catálogo de Elementos Constructivos.

Tabla 4.1 Propiedades Higrotérmicas reflejadas en el CTE.

Fuente: CTE (Catálogo de Elementos Constructivos).

Por otro lado, el aislamiento térmico en la construcción está justificado por tres razones: 1. Economizar energía gracias a la reducción de pérdidas de calor a través de las paredes. Para un ahorro de energía, la mejora del rendimiento de las instalaciones de calefacción, la puesta a punto de los quemadores o una buena regulación del calor son medidas básicas.

2. Mejorar el confort térmico al reducir la diferencia de temperatura entre el interior y el exterior de la vivienda. A través de los cerramientos (paredes, techos, etc.) se producen importantes pérdidas de calor, y por tanto, un aumento del uso de energía.

3. Evitar humedades en los cerramientos.