conductividad termica

1. XI CONGRESO INTERNACIONAL DE INGENIERIA DE PROYECTOS
LUGO, 26-28 Septiembre, 2007
DETERMINACIÓN EXPERIMENTAL DE LA CONDUCTIVIDAD
TÉRMICA DE MATERIALES DE LA CONSTRUCCIÓN.
J. Diez Campos(p)
, E. García Breijo, I. Pérez Clemente, J. V. Ros Lis, J. Soto Camino, J. L.
Vivancos Bono
Abstract
To carry out the experimental determination of the thermal transmittance of the materials and
elements utilized in the building, has been built according to standards, a measurement
equipments couple prepared for carry out the measure on elements of small and great
format.
The method chosen is the GUARDED HOT PLATE (EN 12939 and EN 12667, ISO 8990)
that is the determination of thermal resistance in thick products of high and medium thermal
resistance.
The method requires the continuous measurement of the temperature difference between
the opposite surfaces of the sample. The measurement is carried out in the system arranged
symmetrically, i.e. two samples placed between two copper plates are separated by the
measuring element consisting of a thin layer heater and thin layer temperature sensors.
Temperature of copper plates is linearly decreased or increased with time. It is important to
isolate thermally so much the samples as the hot plate to guarantee that the losses of heat
be lows to environment.
Two measurement equipments were built with the objective to characterize the major
possible rank of materials with very various dimensions. The first one of the teams was
carried out with the objective to characterize building materials of small dimensions. The
second was carried out with the objective to characterize building materials of large
dimensions.
Keywords: Building materials, thermal conductivity, Guarded hot box, casas bioclimáticas
Resumen
Para realizar la determinación experimental de la conductividad térmica de los materiales y
elementos utilizados en la edificación, se ha construido siguiendo la normativa UNE, una
pareja de equipos preparada para realizar la medida sobre elementos de pequeño o gran
formato.
El método que hemos escogido ha sido el que se denomina de la PLACA CALIENTE
GUARDADA, (UNE-EN 12939 y 12667, UNE-EN ISO 8990) que es útil para la medida de la
conductividad térmica de materiales secos y húmedos para la construcción de alta y media
resistencia térmica.
El método requiere la medida continua de la diferencia de temperaturas entre las superficies
opuestas de la muestra. La medida se realiza en el sistema que se encuentra dispuesto
simétricamente, es decir, dos muestras colocadas entre los dos platos que están separados
por el elemento de medida consistente en una placa calefactora y una placa de sensores de
348

2. temperatura. La temperatura de los platos aumenta o disminuye linealmente con el tiempo.
Es importante aislar térmicamente tanto el material de ensayo como la placa caliente para
garantizar que las pérdidas de calor sean mínimas con respecto al exterior.
Se construyeron dos equipos con la idea de caracterizar el mayor rango posible de
materiales con dimensiones muy variadas. El primero de los equipos se realizó con la idea
de caracterizar materiales de la construcción de pequeñas dimensiones. El segundo se
realizó con la idea de caracterizar materiales de la construcción de grandes dimensiones.
Palabras clave: Materiales de construcción, conductividad térmica, Placa caliente guardada,
casas bioclimáticas.
1. Introducción
Para realizar la determinación experimental de la conductividad térmica de los materiales y
elementos utilizados en la edificación, se ha construido siguiendo la normativa UNE, una
pareja de equipos preparada para realizar la medida sobre elementos de pequeño o gran
formato.
Figura 1. Equipos para realizar la medida sobre elementos de pequeño o gran formato.
El método que hemos escogido ha sido el que se denomina de la PLACA CALIENTE
GUARDADA, (UNE-EN 12939 y 12667, UNE-EN ISO 8990) que es útil para la medida de la
conductividad térmica de materiales secos y húmedos para la construcción de alta y media
resistencia térmica.
El método de la Placa Caliente Guardada, se basa en que el calor generado por la placa
atraviesa dos probetas (material de ensayo) del mismo material, igual superficie y espesor, y
sometidas al mismo gradiente de temperaturas. De tal forma que se garantiza que la casi
totalidad del calor generado por la placa caliente atraviesa el material a caracterizar. Tal y
como se puede observar en el siguiente gráfico.
349

3. Figura 2. Esquema de cómo se produce la transmisión de calor en el método de la placa
caliente guardada.
2. Equipos
Es importante aislar térmicamente tanto el material de ensayo como la placa caliente para
garantizar que las pérdidas de calor sean mínimas con respecto al exterior. Es por eso que
el equipo se encuentra físicamente en contacto pero al mismo tiempo aislado del exterior
con un material aislante así como por las paredes del equipo.
En la siguiente imagen (figura 3) se muestra como se coloca el material de ensayo entre la
placa caliente y las placas frías además del relleno de aislante.
Figura 3.Vista de uno de los equipos con un material de ensayo.
Placa Fría Superior
Placa Caliente
Material de ensayo
Aislamiento Térmico
Placa Fría Inferior
Placa Caliente
Placas Frías
350

4. Dimensiones exteriores 600x600x600
Dimensiones interiores 550X550X600
Dimensiones placas frías 250x250x20
Dimensiones placa caliente 300x300x7
Tabla 1. Dimensiones del equipo estándar en milímetros.
El segundo de los equipos cuyas características se muestran en la siguiente tabla se realizó
con la idea de caracterizar materiales de la construcción de grandes dimensiones.
Dimensiones exteriores 600x600x800
Dimensiones interiores 550X550X800
Dimensiones placas frías 350x350x20
Dimensiones placa caliente 400x400x7
Tabla 2. Dimensiones del equipo grande en milímetros.
2. Resultados experimentales
Dado que la conductividad térmica de los materiales cambia con la temperatura de trabajo,
se han escogido tres temperaturas medias diferentes (15, 25 y 35ºC ) escogidas en base a
las exigencias de la norma que fija que el incremento de temperatura entre la placa caliente
y la placa fría sea de 30ºC, tenemos la siguiente tabla de temperaturas de trabajo:
Tªmaxima Tª mínima Tª media
30 0 15
40 10 25
50 20 35
Tabla 3. Tabla de temperaturas medias.
Los resultados experimentales que hemos obtenido muestran que la conductividad térmica
del material (λ) cambia de forma aproximadamente lineal con respecto a la temperatura de
acuerdo con la ecuación:
Donde:
λ25 = conductividad térmica del material a 25ºC.
B = Coeficiente de variación de la conductividad térmica.
Se ha determinado la conductividad térmica de distintos tipos de ladrillos uniéndolos entre sí
mediante la mínima cantidad de silicona porque posee las prestaciones mecánicas
adecuadas y baja porosidad para asegurar la integridad física del montaje sobre el cual se
trabaja en la determinación de sus propiedades conductoras.
351

5. Los tipos de ladrillos cerámicos caracterizados han sido:
A.1. Ladrillo Caravista Macizo.
A.2. Ladrillo Caravista Perforado.
A.3. Ladrillo Panal Cerámico.
A.4. Ladrillo Hueco del 9
A.5. Ladrillo Hueco del 11
A.6. Ladrillo Termoarcilla del 14
A.7. Ladrillo Termoarcilla del 19
A.8. Ladrillo Termoarcilla del 24
A.9. Ladrillo Termoarcilla del 29
Fábrica de Hormigón:
B.1. Ladrillo Panal de Hormigón.
2.1. Descripción de las propiedades físicas del ladrillo panal cerámico.
Se ha realizado un montaje ensamblado con silicona 3 unidades de ladrillos cerámicos con
las dimensiones individuales promedias:
Longitud = 242 mm
Anchura = 87 mm
Espesor = 114 mm.
Figura 3. Ladrillo Panal Cerámico simple y montaje utilizado para la medida de la conductividad
térmica del material.
352

6. La conductividad térmica obtenida para este material se refleja en la siguiente tabla
resumen:
Temperatura(ºC) Ȝ (Watt/mK)
15 0.3757
25 0.4073
35 0.4397
Tabla 2. Conductividad térmica ladrillo panal cerámico a T. medias.
La representación gráfica del conductividad térmica del material en función de la
temperatura media a la que se encuentra es prácticamente lineal y obedece a la ecuación
= 0.3276+0.0032*t
λ0 = conductividad térmica del material a 0ºC.=0.3276 Watts/mºK
Y el Coeficiente de variación de la conductividad térmica es:
⎟
⎠
⎞
⎜
⎝
⎛
∂
∂
=
T
B
λ
= 0.0032 Watts/mºK2
Esta ecuación puede transformarse alternativamente en la referida a la conductividad
térmica a 25º C como:
)25(0032.04076.0)25(25 −⋅+=−⋅+= ttBλλ Watts/mºK
353

7. Referencias
Budaiwi, I. Abdou, A. Al-homoud, M. (2002) “Variations of thermal conductivity of insulation
materials under different operating temperatures: impact on envelope-induced cooling load”,
Journal of Architectural Engineering 8 (4) 125-132.
ISO 8990:1994, Thermal insulation -- Determination of steady-state thermal transmission
properties -- Calibrated and guarded hot box, International Standard Organization, 2006,
p.50748.
EN 12939:2000, Thermal performance of building materials and products - Determination of
thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods - Thick
products of high and medium thermal resistance, European Committee for Standardization,
2000.
EN 12664:2001, Thermal performance of building materials and products - Determination of
thermal resistance by means of guarded hot plate and heat flow meter methods - Dry and
moist products of medium and low thermal resistance, European Committee for
Standardization, 2001.
Agradecimientos
Agradecer a Casas Bioclimaticas S.L. su ayuda y recursos dispuestos para conseguir
obtener las medidas así como su interpretación.
Agradecer a la Generalitat Valenciana la concesión del Proyecto IMPIVA
(IMIDTD/2006/173) por su soporte financiero.
Agradecer a la Generalitat Valenciana la concesión del Proyecto GESTA (IMGESA/2006/4)
por su soporte financiero.
Correspondencia
Juan B. Diez Campos. Instituto de Química Molecular Aplicada Universidad Politécnica de Valencia.
Cno. de Vera S/n. 46022. Valencia. Ҟ 96- 3877343 fax: 96- 3879349. e-mail: juadieca@upvnet.upv.es
http://iqma.webs.upv.es/
354