Propiedades Térmicas de los Materiales I

 

Muy buenas Curios@s,

En la entrada de esta semana pretendo realizar una presentación somera de algunas de las propiedades térmicas de los materiales y su ejemplos sencillos de casos que podemos comprobar cotidianamente. Con estas, pretendo haceros una introducción a los parámetros básicos que nos permita entrar en conceptos un poco más complejos.

El conocimiento de estas características o propiedades, son fundamentales para conocer como nuestros hogares pierden el calor que tanto (dinero generalmente) nos cuesta producir a través de sistemas de climatización. bien sea a través de radiadores o aires acondicionados; o porque debemos dejar determinadas holguras entre determinados materiales. Con ello espero contribuir a que obtengáis unas nociones básicas sobre estos conceptos y que esto os pueda ayudar a decidiros sobre qué elementos o materiales podríais incorporar en vuestras reformas para obtener mejores prestaciones térmicas, energéticas o funcionales.

- La conductividad térmica (λ=W/mK)

Representada con la letra Landa (λ) y con unidades watio (W) divididos entre metros (m) por grado kelvin (K). Es la capacidad de un material de conducir el calor a través de si mismo. Por ejemplo, cuando ponemos el extremo de un elemento metálico en sobre una fuente de calor y sujetamos el extremo opuesto, en poco tiempo comprobamos que el extremo que sujetemos empieza a subir su temperatura, a pesar de tenerla a una distancia prudente de la fuente de calor.

- Capacidad calorífica (C=J/K)

Representada con la letra (C) y con unidades Julios (J) dividido entre grados kelvin (K). Es la cantidad de calor que debe absorber un material para aumentar su temperatura 1ºC. Por ejemplo, haciendo una comparativa entre radiadores eléctricos antiguos o modernos, veamos como funcionan cada uno de ellos.

Un radiador hierro o acero calentado por aceite (el de toda la vida) tiene un funcionamiento basado en una resistencia calentando un aceite contenido en un recipiente metálico. Esto provocaba un alto consumo energético para alcanzar su temperatura de trabajo, lo que les requería ser aparatos de potencia elevada (2.000-2.500W) y tenían un tiempo de espera moderado desde su encendido hasta que empezaba a radiar calor. Esto se debe a que el aceite de su interior es un material de alta capacidad calorífica.

Un radiador moderno de aluminio tiene un funcionamiento basado en una resistencia que calienta un cuerpo de aluminio. De esta manera, el aluminio que es un material con capacidad calorífica menor que el hierro o el acero, es capaz de calentarse mucho antes y requerir menos potencia (1.000-1.500W) para su funcionamiento en igualdad de condiciones de temperatura que los modelos de aceite.

- Difusividad térmica (α=m2/s)

Representada con la letra Alpha (α) y con unidades metros cuadrados (m2) divididos entre segundos (s). Esta propiedad es una relación de las anteriores, la cual hace referencia a la velocidad a la que el calor puede avanzar a través de un material en respuesta a una variación de temperaturas aplicada sobre el mismo.

Siguiendo con el ejemplo anterior de los radiadores, esta propiedad seria la que nos explicaría por qué el radiador de aluminio responde a mas rápido que el de hierro al modificar la temperatura a la que los tenemos regulados. Ya que el aluminio tiene una difusividad térmica mucho mayor que el conjunto del aceite y el hierro.

- Coeficiente de expansión térmica (α=1/ºC)

Representada también con la letra Alpha (α) y con unidades grados centígrados (ºC) elevado a menos 1. Como inciso curioso, se representa con la misma letra que la Difusividad Térmica, supongo que porque no son relacionables en el mismo ámbito de la física, ya que la difusividad térmica hace referencia a la pura termodinámica y el coeficiente de expansión térmica esta ligada a la mecánica de materiales, por lo que será casi imposible aplicar ambos parámetros simultáneamente en la resolución de un problema.

Esta propiedad hace referencia al aumento o disminución de dimensiones de un material (largo, ancho alto). Esto quiere decir que todos los elementos en mayor o menor grado, se dilatan o contraen ante una variación de temperaturas.

Un ejemplo claro que podemos tener en casa podría verse en los azulejos de las terrazas de viviendas, cuando estos por arte de magia deciden levantarse despegándose de su soporte. Esto se debe primero a que están sometidos variaciones de temperatura muy fuertes a lo largo del año que provocan dilataciones o contracciones, o simplemente entre día y noche, y segundo se debe una colocación inadecuada con uso de materiales inapropiados para esta situación. Ya que si estos no han sido colocados con colas y rejuntados elásticos ya que al dilatarse las baldosas se empujaran entre ellas disminuyendo el tamaño de sus juntas y al contraerse estirarán el material de las juntas que tiene unidos sus cantos. Si estos movimientos se los impedimos, se generan tensiones entre las piezas que a su vez provocarán una ligera flexión del material que se transmite a las colas que quieren impedir que se separen de su soporte. Por ello, tras tiempo de estrés y fatiga de los materiales, las colas dejan de trabajar y se produce el despegado de las piezas.

Bueno Curios@s, espero no haber sido muy espeso en la transmisión de estos puntos, jajaja, Pero pretendo empezar a dejaros poco apoco bases simples de conceptos algo mas complejos que me permitan aportaros artículos futuros mas profundos sobre aislamientos, envolventes, ventanas, etc.

Así, que sin más, me despido hasta la próxima.

Saludos Curios@s

Guillermo A. Fontes

Responsable de Proyectos de Obras y Servicios Bersife

Todo lo aquí descrito corresponde exclusivamente a la opinión del autor, no pretendiendo ser una verdad absoluta, simplemente una serie de interpretaciones basadas en su experiencia profesional.