Materiales de elevada masa térmica

Materiales de elevada masa térmica
Los materiales que tienen una elevada capacidad térmica, es decir, un espesor considerable y un gran calor específico volumétrico, así como una conductividad moderada, digamos entre 0.5 y 2.0 W/m°C, generan lo que se conoce como efecto de masa térmica. Entre ellos podemos incluir el adobe (y la tierra en general), el ladrillo, la piedra, el concreto y elagua (uno de los más eficientes).

Estos materiales pesados tienen la cualidad de absorber la energía calórica y distribuirla gradualmente en su estructura interna. Dado que requieren una gran cantidad de energía para aumentar su temperatura, los procesos de transmisión de calor por conducción a través de ellos propician un efecto de “almacenamiento” de calor, lo cual provoca fenómenos bastantepeculiares. Para comprenderlos mejor imaginemos la siguiente secuencia de eventos:

Un muro grueso de adobe recibe una cantidad importante de radiación solar durante el día. La radiación solar calienta la superficie exterior del muro y ese calor es absorbido y transmitido lentamente hacia la superficie interior (siempre y cuando ésta tenga una temperatura inferior). Unas 8 horas después de queel muro recibió la mayor cantidad de energía, es decir, durante la noche, su superficie interior alcanza la mayor temperatura posible, contribuyendo a calentar el espacio interior. Para ese momento el muro ha “almacenado” una cantidad importante de energía, por lo que seguirá radiando calor hacia el interior bastantes horas después de que la superficie exterior haya dejado de recibir radiación.Aún cuando durante la noche el muro pierde calor también hacia afuera (si la temperatura exterior desciende lo suficiente) una parte importante de éste continuará ingresando al espacio interior.

Para medir de manera objetiva el efecto de masa térmica se han definido dos conceptos que operan en régimen dinámico y actúan en forma simultánea: el retraso y el amortiguamiento térmicos.

Retraso yamortiguamiento térmicos
El retraso térmico, en ocasiones llamado desfase, hace referencia al tiempo que tarda en pasar el calor a través de una capa de material. Dicho en otros términos, es el tiempo transcurrido entre los momentos en que se dan las temperaturas máximas en cada una de las superficies del material. Mientras mayores sean el espesor y la capacidad térmica, y menor la conductividad,más tiempo requerirá la energía calórica para atravesarlo. Un muro de adobe de 60cm de espesor, por ejemplo, puede presentar un retraso térmico de 8-10 horas (el tiempo exacto dependerá de otros factores, como la diferencia de temperatura entre las superficies interior y exterior).

Por otro lado el amortiguamiento térmico, en algunos estudios denominado decremento, mide la reducción de latemperatura cíclica de una superficie (generalmente la interior) respecto a la temperatura cíclica de la superficie contraria. Podemos visualizar este fenómeno mediante dos curvas que representen la oscilación diaria de la temperatura en cada superficie. Recurriendo al mismo ejemplo del muro de adobe, la superficie exterior puede presentar una oscilación diaria de 18°C, mientras que la superficieinterior presenta una oscilación diaria de 9°C. Tenemos entonces un factor de amortiguamiento de 0.5 (oscilación interior / oscilación exterior). Mientras más pequeño sea el valor del factor de amortiguamiento más estables tenderán a ser las temperaturas interiores.

Al actuar de manera conjunta, estos dos factores provocan tanto una reducción de los flujos de calor como un desfase de losmomentos en que se alcanzan las máximas temperaturas superficiales. El efecto global es una estabilización de las temperaturas en el interior de los edificios respecto a las temperaturas exteriores. En condiciones estándar un muro de fábrica de ladrillo de 10cm podría presentar un desfase de 1 hora y un amortiguamiento de 0.90, mientras que otro de 30cm podría presentaría un desfase de 5 horas y un...