CONCEPTOS DE LA TRANSFERENCIA DEL CALOR EN EL MARCO DE LA ARQUITECTURA (Segunda parte)

Abstract

La responsable del proyecto está contratada por la UNAM por artículo 51. En la convocatoria 2016 le fue aprobado el proyecto Conceptos de la transferencia del calor en el marco de la Arquitectura con número PE101716, por un año. En este proyecto se planteó la necesidad de enseñar, a los estudiantes de Arquitectura, los conceptos de transferencia de calor en una edificación por medio de conducción térmica y convección. Con este objeto se propuso la construcción de dos dispositivos para visualizar ambos conceptos: un medidor de conductividad térmica para materiales de construcción y un tanque de acrílico como contenedor de agua para simular el medio ambiente exterior de las edificaciones en el cual se colocan modelos a escala de espacios arquitectónicos también de acrílico, con fuentes de calor al interior. De esta manera visualizar la ventilación natural debida a diferencias de temperatura, a través de aberturas que simulan puertas y ventanas. Actualmente, estamos en la etapa de construcción de los dispositivos. Como productos nos comprometimos a entregar los dos dispositivos con sus manuales. Este nuevo proyecto se platea como la continuación del proyecto anterior (PE101716), teniendo el mismo objetivo general de dar al futuro arquitecto herramientas y conocimientos fundamentales para poder proveer a las edificaciones de sistemas pasivos de climatización interior, aprovechando el clima del lugar. El siguiente paso que proponemos ahora, y que nos parece lógico a continuar, es desarrollar algunas prácticas didácticas de laboratorio con los dispositivos construidos dentro del marco planteado en el proyecto anterior: 1) medición de la conducción de calor en un sólido generada por diferencias de temperaturas, en estado estacionario, para varios materiales de construcción, y 2) visualización mediante fotografía y video de la ventilación natural (intercambio de aire con el exterior) originada por diferencias de temperatura.

También en este proyecto queremos introducir otros conceptos que nos permitirán ampliar, y por lo tanto enriquecer, el uso de dichos dispositivos. En lo que concierne a la conducción de calor en sólidos, consideramos importante introducir al estudiante al concepto de inercia térmica. La envolvente de un edificio está sujeta a radiación solar que cambia durante el día, mostrando un ciclo con un máximo al mediodía. Por lo tanto, los materiales expuestos a la radiación solar presentan un proceso de conducción de calor dinámico, que es dependiente de las propiedades termofísicas del material y de la geometría. Mediante este proceso dinámico, asociado a un almacenamiento térmico en la envolvente, se amortigua en buena medida el cambio de temperatura en los edificios, lo que significa una menor variación al interior. Manejar correctamente este concepto permitirá al futuro arquitecto tener elementos para mejorar el confort térmico al interior de una edificación, minimizando costos energéticos.

Para la transferencia de calor por convección, simplemente la sola visualización del movimiento del fluido generado diferencias de temperatura es ilustrativo para el estudiante. Sin embargo, si además se puede visualizar en una maqueta a escala de acrílico sumergida en el tanque ambiental el efecto de fuentes térmicas y el comportamiento del flujo de fluido a través de las aberturas en la maqueta (simulando puertas y ventanas), tendrá una idea clara para proponer estrategias de ventilación natural. Además, en este proyecto nos proponemos realizar la descripción matemática de los experimentos realizados en el tanque de agua ambiental, mediante una simulación numérica con software comercial. Esto permitirá al estudiante, al hacer sus proyectos, dimensionar con mayor precisión la envolvente, así como claros de puertas y ventanas para optimizar la ventilación natural al interior de los espacios.