Radiación

Se denomina radiación térmica o calorífica a la radiación electromagnética emitida por un cuerpo debido a su temperatura. Se genera por el movimiento térmico de las partículas. Todos los cuerpos con temperatura superior al cero absoluto emiten calor por radiación; por debajo de esa temperatura, las partículas no se mueven. En este caso, no se emplea ninguna sustancia material como agente de transmisión y puede ocurrir incluso en el vacío. Los rayos caloríficos se trasladan en línea recta, dependiendo su alcance de la potencia de la fuente calorífica y de la distancia a la cual está colocado el objeto. Esta es la forma de energía emitida por el Sol.

Cuando el calor radiante incide sobre la superficie de un cuerpo, parte de él se refleja y el resto es absorbido, al igual que ocurre en un espejo con los rayos de luz. El estado de la superficie afecta en gran medida a la proporción de calor reflejado y absorbido; así, una superficie muy pulida refleja la mayor parte del calor que incida sobre ella y absorberá muy poco, mientras que una superficie basta y rugosa absorberá mucho calor y reflejará poco.

Conducción

La conducción es la transmisión del calor desde un punto de una temperatura a otro de temperatura más baja, dentro del mismo cuerpo, o de un cuerpo a otro con el que está en simple contacto. Es la transferencia de energía cinética entre partículas en contacto. Si empleando una llama calentamos una barra de metal, esta comenzará a calentarse por el extremo en contacto con la llama, y el calor seguirá paulatinamente trasladándose por conducción hasta el otro extremo.

La velocidad o rapidez con que el calor es conducido depende de la sustancia empleada como conductora. Todos los metales son buenos conductores, pero unos lo son mejores que otros. Otras sustancias, tales como el vidrio y la piedra, son malos conductores y aún peores son la madera, el fieltro, el corcho, etc. Estas últimas sustancias, al ser malas conductoras, se utilizan como aislantes del calor.

Convección

A la transferencia del calor mediante el movimiento normal de la sustancia calentada, ya sea esta líquida o gaseosa, se la denomina convección. La convección consiste en la transferencia del calor desde un cuerpo caliente a otro más frío mediante un fluido (líquido o gas) que actúa como portador del calor entre uno y otro.

El aire que rodea a un cuerpo caliente absorbe calor del cuerpo por contacto real, o sea, por conducción; a medida que se calienta, aumenta de volumen y su densidad disminuye, haciéndose más liviano, de manera que asciende desplazando al que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. La diferencia de temperatura entre el cuerpo caliente y el cuerpo frío hace que el agente portador circule entre ambos, entregando el calor al cuerpo frío, luego de lo cual se hace más pesado y desciende nuevamente, repitiendo el ciclo indefinidamente.

Conceptos Adicionales de Calor

Cuando el calor agregado a una sustancia (o eliminado de una sustancia) provoca un cambio de temperatura, hablamos de calor sensible. Cuando el calor agregado a una sustancia (o eliminado de una sustancia) provoca un cambio de estado, hablamos de calor latente. Aunque se añada calor a la sustancia, esta no experimenta ningún incremento de temperatura.

El calor específico (cp) de una sustancia es la cantidad de calor que hace falta suministrar a la unidad de masa (1 kg) de dicha sustancia para elevar su temperatura 1 K (Kelvin).

La vaporización y la condensación son procesos contrarios en el cambio de estado líquido ↔ vapor. Se producen a una temperatura determinada para cada sustancia y su valor varía considerablemente con la presión.

Cargas Térmicas y Climatización

El conjunto de técnicas y procesos destinados a crear y mantener un clima artificial en el interior de un local se conoce como climatización. Para conseguir este propósito se deben controlar algunas propiedades termodinámicas del aire como la temperatura, la humedad, la velocidad, las partículas en suspensión, el olor, el ruido, etc. Sin embargo, de todas esas propiedades, las que son fundamentales en la realización de un proyecto son la temperatura y la humedad, aunque no se puede prescindir de las demás si se quiere mantener el bienestar.

Hay dos tipos de climatización:

• Refrigeración: Consiste en suavizar la temperatura del aire y disminuir la humedad del interior del local cuando estos valores en el exterior son altos.
• Calefacción: Es necesaria cuando las condiciones de la temperatura y la humedad absoluta son bajas y se desea crear en el interior un ambiente más cálido.

Se llama carga térmica a la cantidad de calor por unidad de tiempo que entra o sale en un local. Distinguiremos entre carga de refrigeración y carga de calefacción:

• Carga de refrigeración: Flujo de calor que entra desde el exterior del local hacia el interior. Esto sucede cuando la temperatura exterior es mayor que la interior. Para vencer estas cargas se usarán aparatos de refrigeración.
• Carga de calefacción: Flujo de calor que sale del interior hacia el exterior del local. Se produce cuando la temperatura interior es superior a la exterior. En este caso, se superarán estas pérdidas mediante aparatos de calefacción.

Pasos en un Proyecto de Climatización

En todo proyecto de climatización de un local es aconsejable seguir los siguientes pasos:

1. Describir el local que se quiere climatizar: características constructivas y geográficas.
2. Establecer las condiciones interiores de confort.
3. Calcular las cargas térmicas.
4. Determinar las máquinas necesarias para obtener el clima deseado.
5. Distribuir el fluido que transporta el frío o el calor.
6. Establecer los sistemas de control del conjunto.

Cálculo de Cargas Térmicas

El calor que entra en un local que se quiere refrigerar puede ser de dos tipos. Se puede deber a la variación de la temperatura y entonces se trata de calor sensible, o puede ser consecuencia de la diferencia de humedades y entonces se llama calor latente.

En el cálculo de cargas se tendrá que distinguir entre cargas de calor sensible y cargas de calor latente.

• Las cargas de calor sensible pueden provenir de:
  • La radiación solar que atraviesa las ventanas.
  • El calor que se transmite por conducción y convección a través de cerramientos exteriores (paredes, techos).
  • La transmisión a través de cerramientos interiores.
  • La ventilación necesaria para renovar el aire.
  • Las infiltraciones de aire no deseadas.
  • El calor aportado por las personas.
  • La iluminación.
  • Otros aparatos que generen aportes caloríficos, como por ejemplo, motores.
• Las cargas de calor latente se producen en:
  • Las renovaciones de aire por ventilación.
  • Las infiltraciones de aire.
  • Las personas que ocupan el local.
  • Todo aquello que aumente la humedad es una carga latente.

Psicrometría

El aire atmosférico es una mezcla de gases, en la que destaca el Nitrógeno (78 %), que es neutro para la vida animal, y el Oxígeno (21 %), que es esencial para la vida en todas sus formas, junto con vapor de agua y otras sustancias (contaminantes, polvo, etc.). El aire atmosférico es aire húmedo. Por el contrario, el aire seco es una mezcla de gases en ausencia de agua.

Se llama psicrometría al estudio de las propiedades del aire húmedo. Las propiedades del aire húmedo se representan en el diagrama psicrométrico. Es un gráfico de dos dimensiones con dos variables: la temperatura seca en el eje de abscisas y la humedad específica en el eje de ordenadas. Esta representación es posible porque mantenemos fija otra variable, que es la presión atmosférica. Esto implica que se necesita un diagrama distinto para cada localidad, según sea su altitud y, por tanto, su presión atmosférica. En esta unidad emplearemos el diagrama psicrométrico a nivel del mar.