Conceptos generales y definiciones

Aislamiento térmico Definiciones de transmisión térmica y propiedades de los materiales Transmisión de calor por radiación Transferencia de masa

El concepto de aislamiento térmico

El concepto de aislamiento térmico está asociado al concepto de capacidad de control de la transmisión de calor cuando se desea que no exceda ciertos lí­mites.

Un producto aislante térmico es un producto que reduce la transmisión de calor a través de la estructura sobre la que, o en la que se instala. Los lí­mites numéricos sólo pueden definirse cuando la aplicación especí­fica se ha definido. En algunos casos, la función del aislamiento térmico es desarrollada por un material o sistema diseñado para funciones completamente diferentes. Por ejemplo, un muro de carga en un edificio puede cumplir los requerimientos aislantes. En otros casos, el sistema mismo no es adecuado y un material aislante adicional es necesario para satisfacer los requerimientos relativos a la transmisión de calor. El concepto de un sistema aislante, como opuesto a uno sin aislar, no puede ser definido, pero es definitivamente asociado con el concepto de una sustancial reducción de transmisión de calor comparada con un sistema sin aislar.

Los conceptos cualitativos mencionados anteriormente implican dos condiciones:

1. La resistencia térmica de un sistema y el material aislante térmico debe ser superior al lí­mite inferior aceptable para la aplicación especí­fica.
2. El material adicional deberá tener muy buenas propiedades aislantes.

Definiciones de transmisión térmica y propiedades de los materiales

Condiciones de transmisión térmica

Estado estacionario: Estado en el que todas las condiciones que lo definen son independientes del tiempo.
Estado no estacionario: Estado en el que las condiciones que lo definen varí­an con el tiempo.
Estado periódico: Estado no estacionario en el que los valores de los parámetros que lo definen se repiten a intervalos de tiempo regulares independientemente de las condiciones iniciales.
Estado transitorio: Estado no estacionario en el que los valores de las condiciones que lo definen evolucionan asintóticamente desde un estado inicial hacia un estado final estacionario o periódico.
Transmisión de calor: Transmisión de energí­a por conducción, convección o radiación térmica o por combinación de éstas.

Propiedades de los materiales

Densidad: Masa por unidad de volumen.
NOTA: En el caso de materiales porosos, se puede determinar la densidad del material sólido y la densidad aparente y, así­ mismo en el caso de materiales granulares, su unidad es el kilogramo por metro cúbico (kg/m3).
Medio anisótropo: Medio en el que las propiedades que lo definen son función de la dirección.
Medio estable: Medio en el que las propiedades que lo definen son independientes del tiempo, pero pueden depender de la posición, la dirección, la temperatura, etc.
Medio heterogéneo: Medio en el que las propiedades que lo definen son función de la posición del punto en dicho medio debido a la presencia de diferentes componentes.
Medio homogéneo: Medio en el que las propiedades que lo definen son independientes de la posición del punto en el medio, pero pueden depender de variables tales como el tiempo, la dirección, la temperatura, etc.
Medio isótropo: Medio en el que las propiedades que lo definen son independientes de la dirección, pero pueden ser función de la posición en el medio, del tiempo, de la temperatura, etc.
Medio poroso: Medio heterogéneo debido a la presencia de cavidades y fases sólidas finamente divididas. Es posible subdividir los medios porosos según la geometrí­a de sus estructuras como se indica en los dos apartados siguientes:
Medio poroso celular: Medio poroso constituido por una fase sólida continua con inclusiones gaseosas de forma aproximadamente esféricas.
Medio poroso fibroso: Medio poroso constituido por una fase gaseosa continua con inclusiones sólidas en las que la dimensión predominante es la longitud.
Medio poroso granular: Medio poroso constituido por una fase gaseosa continua con inclusiones sólidas irregulares sin dimensión predominante.
Medio poroso homogéneo: Medio en el que la porosidad local es independiente del punto donde se calcula su valor.
Medio poroso interconectado: Medio poroso constituido por una fase sólida continua con cavidades conectadas de tal manera que la fase gaseosa es también continua.
Porosidad: Volumen de las cavidades contenidas en un medio poroso, dividido por el volumen de este medio.
Porosidad local: La porosidad en el interior de un volumen en torno al punto P, cuando el volumen es pequeño con respecto al cuerpo, pero suficientemente grande para permitir la medida de valores medios significativos.

Adecuación de la terminología española a la europea

Transmisión de calor por radiación

Términos generales

Radiación térmica: Radiación electromagnética emitida por la superficie de un cuerpo opaco o dentro de un elemento de volumen semi-transparente.

La radiación térmica está regida por la temperatura del cuerpo emisor y sus caracterí­sticas de radiación. Es interesante, desde un punto de vista térmico, cuando el rango de longitud de onda está comprendido entre 0,1 µm y 100 µm (véase figura 1).

Transmisión de calor por radiación: Intercambios de energí­a entre cuerpos (separados entre sí­) por medio de ondas electromagnéticas.

Estos intercambios pueden ocurrir cuando los cuerpos están separados entre sí­ por vací­o o por un medio transparente o semi-transparente. Para evaluar estos intercambios de calor por radiación es necesario conocer la forma en que los cuerpos opacos y semi-transparentes emiten, absorben y transmiten radiación como función de su naturaleza, posición relativa y temperatura.

Clasificación de los términos físicos relacionados con la radiación térmica

Los términos fí­sicos relacionados con la radiación térmica se clasifican de acuerdo con dos criterios:

1. Distribución espectral
2. Distribución espacial (direccional); de la radiación.

Estos términos fí­sicos son:

Totales, si se refieren a todo el espectro de la radiación térmica (esta designación se puede considerar implí­cita);
Espectrales o monocromáticos, si se refieren a un intervalo espectral centrado en la longitud de onda λ.
Hemisféricos, si se refieren a todas las direcciones a lo largo de las cuales un elemento superficial puede emitir o recibir radiación;
Direccionales, si se refieren a todas las direcciones de propagación definidas por un ángulo sólido alrededor de la dirección definida.

Clasificación de materiales en relación con la transmisión de calor por radiación

Medio opaco: Medio que no transmite ninguna fracción de la radiación incidente. La absorción, emisión y reflexión de la radiación pueden ser tratados como fenómenos superficiales.
Medio semi-transparente: Medio en el cual la radiación incidente se atenúa progresivamente dentro del material por absorción, difusión o ambos. La absorción, difusión y emisión de radiación son fenómenos de masa (volumen). Las propiedades de radiación de un medio opaco o semi-transparente son generalmente función de la distribución espectral y direccional de la radiación incidente y de la temperatura del medio.

Transferencia de masa

Convección de vapor de agua: Transferencia de vapor de agua en una mezcla de gases por el movimiento del conjunto de la mezcla debido a la diferencia en la presión total.
Curva de absorción higroscópica: Relación entre el contenido de humedad en un material poroso y la humedad relativa del aire ambiente, en equilibrio.
NOTA – Hay curvas de ganancia y pérdida de humedad por absorción. Por las dificultades de medida, se considera para la humedad un lí­mite superior del 95% al 98%.
Curva de succión: Relación entre el contenido de humedad en un material poroso en equilibrio y la succión (depresión debida a la porosidad) en un poro de agua.
NOTA – Generalmente hay curvas de ganancia y pérdida de humedad por succión. Teóricamente la curva de succión sobre todas las posibilidades de contenido, desde la ausencia de humedad hasta la saturación.
Difusión de vapor de agua: Movimiento de las moléculas de vapor de agua en una mezcla de gases, tendente a equilibrar el contenido de vapor de agua en el aire o la presión parcial de vapor, permaneciendo constante la presión total en el proceso.
Humedad: Agua en fase gaseosa, lí­quida o sólida.
Transferencia de masa: Transmisión de masa (especialmente humedad o aire) por diversos mecanismos.
Vapor de agua: Agua en fase gaseosa.