05
Diciembre
2018

Materiales con masa térmica

Al contrario que los materiales aislantes, los materiales con mayor masa térmica suelen ser los más pesados. Generalmente se trata de materiales con un elevado calor específico volumétrico (producto su calor específico y densidad, siendo este último parámetro el más importante), así como una conductividad moderada, digamos entre 0.5 y 2.0 W/m-K. Sin embargo, hoy en día hay productos que permiten aumentar el efecto de masa térmica, al menos hasta cierto punto, sin usar materiales pesados. En los siguientes puntos haremos un repaso de los principales materiales y productos que aportan elevados niveles de masa térmica.

Materiales “naturales”

La naturaleza nos ofrece al menos un par de materiales constructivos con elevados niveles de masa térmica: la tierra y la piedra. Se trata de dos materiales que han acompañado al hombre desde sus orígenes, y que prácticamente han sido usados por todas las culturas humanas.

Nota: El agua también es un “material” con elevada masa térmica, de hecho más que la tierra y la piedra. Sin embargo, las dificultades prácticas para usarla en los edificios hacen que no se haya popularizado como tal.

La tierra se suele extraer directamente del lugar de construcción, o de un lugar cercano, para reducir los costes de transportación. Sin embargo éste puede ser un punto conflictivo, pues no todas las tierras son aptas para emplearse tal cual en la construcción. Las más adecuadas son las arcillas arenosas, que son muy manejables y ofrecen buena estabilidad. Las tierras que son ligeramente malas se pueden mejorar mezclándolas con otras tierras que tengan las propiedades adecuadas, pero cuando son francamente malas es necesario emplear estabilizadores como la cal, el cemento o el asfalto (aunque en esos casos el carácter “natural” comienza a perderse). Finalmente, la tierra se puede emplear en forma de adobes (bloques) o bien apisonada con la ayuda de moldes o encofrados.

La piedra también se puede tomar del lugar de construcción, cuando se encuentra disponible, pero es común tomarla de terrenos naturales cercanos o extraerla de canteras. En principio, cualquier tipo de piedra puede ser apto para la construcción, aunque se recomienda evitar las piedras demasiado frágiles o poco resistentes a los agentes externos. Las piedras, en ocasiones después de trabajarlas para mejorar su forma, se suelen emplear como piezas de mampostería, unidas y estabilizadas por medio de morteros o argamasas. Su forma irregular hace que el proceso constructivo sea relativamente difícil, por lo que requieren de mano de obra con experiencia.

La tierra y la piedra suelen ser materiales con una reducida huella ecológica, dado que se emplean prácticamente como se encuentran en la naturaleza y por lo tanto se consume poca energía y se emiten pocos contaminantes durante el proceso que va de su extracción a la puesta en obra. También son materiales reciclables y muy poco contaminantes después de su vida útil. Esto hace que sean una excelente elección para la arquitectura sostenible. Sin embargo, en las ciudades modernas resulta cada vez más complicado construir con estos materiales, debido a su escasez en las cercanías y a la dificultad para encontrar mano de obra calificada para construir con ellos. Esto, paradójicamente, hace que construir con dos de los materiales antaño más humildes y accesibles resulte más costoso incluso que con productos industrializados.

Materiales procesados

En la actualidad existe una gran variedad de productos constructivos industrializados que ofrecen buenos niveles de masa térmica. Entre los principales se encuentran los ladrillos (generalmente cerámicos), los bloques de hormigón y el hormigón armado, tanto el de componentes prefabricados como el vaciado en obra. Entre las ventajas de estos productos, además de la masa térmica, se encuentran la versatilidad, la durabilidad y la resistencia (algunos de ellos incluso pueden cumplir funciones estructurales).

Sin embargo, es importante tener en cuenta que estos productos también pueden presentar algunas desventajas. Una de ellas es el coste, no solo por los productos en sí, sino porque suelen requerir sistemas estructurales más robustos y costosos. Otra es que pueden tener una huella ecológica poco favorable, debido a la energía requerida para la extracción de materiales, la producción y el transporte. Además, suelen ser materiales difíciles de reutilizar o reciclar después de su vida útil. Esto no significa en absoluto que deban ser evitados, pero es importante hacer un análisis de costes-beneficios para decidir cuándo y en qué medida usarlos.

Materiales de cambio de fase

En el ámbito de la edificación, los materiales de cambio de fase (PCM, por sus siglas en inglés) son aquellos que alternan su estado, entre sólido y líquido, cuando se encuentran en torno a una temperatura que suele ser de entre 21 y 29ºC. Lo más importante, sin embargo, es que cuando cambian al estado líquido son capaces de almacenar una gran cantidad de calor en forma latente, el cual liberan cuando cambian de nuevo al estado sólido. Debido a esa propiedad se les clasifica como materiales almacenadores de calor latente (LHS, por sus siglas en inglés).

La gráfica de la Figura 1 muestra el comportamiento térmico de un material cuya temperatura de cambio de fase es de 25ºC. En un principio, se observa que al aumentar su temperatura almacena calor sensible gradualmente, pero al acercarse a los 25ºC comienza a convertirse en líquido y durante ese proceso almacena una gran cantidad de energía latente, apenas cambiando su temperatura. Ya convertido en líquido, sigue almacenando un poco de calor sensible. Cuando la temperatura disminuye, el proceso se invierte y libera el calor que había almacenado.

Material Cambio Fase 25

Figura 1. Comportamiento térmico de un material cuya temperatura de cambio de fase es de 25 ºC.

Como sucede con los materiales tradicionales de elevada masa térmica, los materiales de cambio de fase tienden a estabilizar la temperatura interior, absorbiendo calor del espacio cuando es excesivo y liberándolo cuando la temperatura disminuye. Así, pueden ayudar a incrementar los niveles de confort y a reducir las cargas pico y las demandas de calefacción y refrigeración (algunos estudios indican que son más eficaces para reducir el uso de la refrigeración [X]). La gran ventaja que tienen, respecto a los materiales tradicionales, es que permiten lograr el efecto de masa térmica con una cantidad de material mucho menor. Eso los hace especialmente adecuados para incrementar los niveles de masa térmica en edificios con sistemas constructivos ligeros.

Los materiales de cambio de fase se pueden agrupar en dos grandes categorías, inorgánicos y orgánicos. Cada tipo tiene ventajas y desventajas. Por ejemplo, los PCM inorgánicos suelen ofrecer mejores valores de calor latente, densidad y conductividad, pero los orgánicos ofrecen una mayor estabilidad termoquímica, menor corrosividad y mejor precio.

Dado que durante una parte del ciclo los materiales de cambio de fase se encuentran en estado líquido, para evitar fugas es necesario encapsularlos. En ese sentido, hay dos grandes tendencias en el mercado: los PCM macro-encapsulado y los micro-encapsulados. Los primeros se suelen ofrecer en forma de colchonetas o almohadillas en las que el material contenedor por lo general es polietileno de alta densidad o polipropileno. Estas colchonetas, con espesores entre 1 y 7 centímetros, se deben instalar en el interior de los cerramientos, debidamente protegidos de la manipulación directa y de los impactos. Los PCM micro-encapsulados, en cambio, se ofrecen en forma de granulados compuestos por dos materiales: el núcleo, que es el PCM, y la envoltura, que también suele ser plástica. Esos granulados se suelen integrar en otros materiales constructivos, como hormigones o yesos.

Materiales de masa térmica intermedia

Emplear la masa térmica como un recurso para mejorar el desempeño energético y ambiental de los edificios no siempre implica usar materiales de elevada capacidad térmica, como la piedra, la tierra y el hormigón. Hay algunos materiales y productos que tienen una capacidad térmica más baja, pero suficiente para lograr un cierto efecto de masa térmica. Es el caso de los materiales “intermedios”, como el hormigón celular, el hormigón aligerado y la termoarcilla. Estos materiales se describen con mayor detalle en la sección Materiales intermedios.

Combinación de aislamiento y masa térmica

La combinación de materiales aislantes y materiales de elevada masa térmica suele ofrecer beneficios importantes. Uno de ellos es que los materiales con masa térmica no requieren un gran espesor para trabajar de manera eficiente (generalmente un espesor de 10 a 20 cm es suficiente), lo cual significa ahorros significativos, tanto económicos como espaciales. El más importante, sin embargo, es que se pueden lograr mejores prestaciones energéticas y ambientales que cuando se usa solo alguna de estas propiedades.

Ahora bien, numerosas investigaciones indican que por lo general lo mejor es ubicar el material aislante hacia el exterior (de preferencia en forma continua para evitar los puentes térmicos). De esa manera la masa térmica interactúa más eficientemente con los espacios interiores, mientras que el aislamiento puede ofrecer una barrera eficiente al paso del calor, disminuyendo tanto las pérdidas (en los periodos fríos) como a las ganancias (en los periodos cálidos).


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Última actualización Domingo, 10 Marzo 2019 Categories: Cerramientos opacos, Composición de la envolvente, Variables de diseño

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