Estudio Numérico de la Resistencia Térmica

Estudio Numérico de la Resistencia Térmica en Muros de Bloques de Concreto Hueco con Aislamiento Térmico
Numerical Study of the Thermal Resistance of Hollow Concrete Block Walls with Thermal Insulation
Jesús B. Pérez, Rafael E. Cabanillas, Jesús F. Hinojosa, Ana C. Borbón
División de Ingeniería, Universidad de Sonora, Rosales y Boulevard Luis Encinas, Colonia Centro, CP 83000, HermosilloSonora, México
(e-mail: benito@dicym.uson.mx, rcabani@iq.uson.mx, fhinojosa@iq.uson.mx, acborbon@dicym.uson.mx)

Resumen
Se presenta el estudio numérico de la resistencia térmica en dos tipos de muros de bloques de concreto hueco para diferentes temperaturas en la superficie exterior. Se analiza el efecto de colocar aislamiento térmico por la cara exterior y en sus cavidades. El modelo teóricopara estado permanente, fue resuelto numéricamente con diferencias finitas y validado con resultados experimentales de la literatura. Las resistencias térmicas promedio para los bloques de 0.12 m y 0.15 m son de 0.159 m2.K/W y 0.171 m2.K/W respectivamente. Cuando se rellenan las cavidades con aislamiento térmico son de 0.407 m2.K/W y de 0.530 m2.K/W, respectivamente. Al aplicar el mismo volumen deaislante de la cavidad rellena, sobre la cara exterior, se obtienen valores de 1.555 m2.K/W y 2.147 m2.K/W, para los bloques de 0.12 m y 0.15 m respectivamente.
Palabras clave: resistencia térmica, bloque concreto hueco, aislamiento térmico, diferencias finitas

Abstract
A numerical study of the thermal resistance in walls made of two different hollow concrete blocks is presented varying theexternal surface temperature. The effect of thermal insulation position, on the external concrete block surface and in the cavities, was analyzed. The theoretical model for the steady state was solved numerically with the finite differences technique and was compared with experimental results reported in literature. The thermal resistances for 0.12 m and 0.15 m blocks are 0.159 m2.K/W and 0.171m2.K/W, respectively. The maximum thermal resistances after filling the cavities with thermal insulation are 0.407 m2.K/W and 0.530 m2.K/W for 0.12 m and 0.15 m blocks respectively. When the same volume of insulation is applied on the external surface, the thermal resistance values are 1.555 m2.K/W and 2.147 m2.K/W for 0.12 m and 0.15 m blocks respectively.
Keywords: thermal resistance, concretehollow block, thermal insulation, finite difference

INTRODUCCIÓN
El principal problema de la construcción de viviendas con bloques de concreto hueco, es su baja resistencia térmica, ya que esto ocasiona que en climas extremosos las ganancias de calor sean elevadas y como consecuencia las condiciones de habitabilidad intramuros se encuentren fuera de la zona de confort.
El boque de concretoutilizado en México es fabricado en diversas medidas, los más comunes que se utilizan en la construcción de viviendas son de 15×20×40 y 12×20×40 centímetros, con dos cavidades huecas interiores de 10×16 y 7×16 centímetros respectivamente (fig. 1). La forma en que se disponen los bloques huecos al fabricar los muros, forman cavidades alargadas verticales en forma de ductos con altura mínima de 2 m,denominada altura de cerramiento sin considerar la junta de mortero, asimismo tienen una sección transversal máxima de 10×16 cm para el bloque de 15 cm; de 7×16 cm para el bloque de 12 cm de ancho (fig. 2). La determinación de la resistencia térmica en muros con base en bloques huecos, involucra la consideración de los mecanismos acoplados de transferencia de calor por conducción a través delconcreto, así como la convección natural y radiación en las cavidades.
En la literatura especializada se han publicado varios estudios de la resistencia térmica en muros de mampostería, descritos a continuación.
Anderson (1981) realizó un estudio numérico de la resistencia térmica en bloques huecos de concreto, aplicando el método de elemento finito, encontrando valores de la resistencia térmica de...