ACTIVIDAD 6 Climatología de la construcción

Transmisión de calor
En física, la transferencia de calor es el paso de energía térmica desde un cuerpo de mayor temperatura a otro de menor temperatura. Cuando un cuerpo, por ejemplo, un objeto sólido o un fluido, está a una temperatura diferente de la de su entorno u otro cuerpo, la transferencia de energía térmica, también conocida como transferencia de calor o intercambio de calor, ocurre de tal manera que el cuerpo y su entorno alcancen equilibrio térmico. La transferencia de calor siempre ocurre desde un cuerpo más caliente a uno más frío, como resultado de la Segunda ley de la termodinámica. Cuando existe una diferencia de temperatura entre dos objetos en proximidad uno del otro, la transferencia de calor no puede ser detenida; solo puede hacerse más lenta.
El calor puede transferirse de tres formas: por conducción, por convección y por radiación. La conducción es la transferencia de calor a través de un objeto sólido: es lo que hace que el asa de un atizador se caliente aunque sólo la punta esté en el fuego. La convección transfiere calor por el intercambio de moléculas frías y calientes: es la causa de que el agua de una tetera se caliente uniformemente aunque sólo su parte inferior esté en contacto con la llama. La radiación es la transferencia de calor por radiación electromagnética (generalmente infrarroja): es el principal mecanismo por el que un fuego calienta la habitación.

CONDUCCIÓN

En los sólidos, la única forma de transferencia de calor es la conducción. Si se calienta un extremo de una varilla metálica, de forma que aumente su temperatura, el calor se transmite hasta el extremo más frío por conducción. No se comprende en su totalidad el mecanismo exacto de la conducción de calor en los sólidos, pero se cree que se debe, en parte, al movimiento de los electrones libres que transportan energía cuando existe una diferencia de temperatura. Esta teoría explica por qué los buenos conductores eléctricos también tienden a ser buenos conductores del calor. En 1822, el matemático francés Joseph Fourier dio una expresión matemática precisa que hoy se conoce como ley de Fourier de la conducción del calor. Esta ley afirma que la velocidad de conducción de calor a través de un cuerpo por unidad de sección transversal es proporcional al gradiente de temperatura que existe en el cuerpo (con el signo cambiado).

El factor de proporcionalidad se denomina conductividad térmica del material. Los materiales como el oro, la plata o el cobre tienen conductividades térmicas elevadas y conducen bien el calor, mientras que materiales como el vidrio o el amianto tienen conductividades cientos e incluso miles de veces menores; conducen muy mal el calor, y se conocen como aislantes.


En ingeniería resulta necesario conocer la velocidad de conducción del calor a través de un sólido en el que existe una diferencia de temperatura conocida. Para averiguarlo se requieren técnicas matemáticas muy complejas, sobre todo si el proceso varía con el tiempo; en este caso, se habla de conducción térmica transitoria. Con la ayuda de ordenadores analógicos y digitales, estos problemas pueden resolverse en la actualidad incluso para cuerpos de geometría complicada.

CONVECCIÓN

Si existe una diferencia de temperatura en el interior de un líquido o un gas, es casi seguro que se producirá un movimiento del fluido. Este movimiento transfiere calor de una parte del fluido a otra por un proceso llamado convección. El movimiento del fluido puede ser natural o forzado. Si se calienta un líquido o un gas, su densidad (masa por unidad de volumen) suele disminuir. Si el líquido o gas se encuentra en el campo gravitatorio, el fluido más caliente y menos denso asciende, mientras que el fluido más frío y más denso desciende. Este tipo de movimiento, debido exclusivamente a la no uniformidad de la temperatura del fluido, se denomina convección natural. La convección forzada se logra sometiendo el fluido a un gradiente de presiones, con lo que se fuerza su movimiento de acuerdo a las leyes de la mecánica de fluidos.

Supongamos, por ejemplo, que calentamos desde abajo una cacerola llena de agua. El líquido más próximo al fondo se calienta por el calor que se ha transmitido por conducción a través de la cacerola. Al expandirse, su densidad disminuye y como resultado de ello el agua caliente asciende y parte del fluido más frío baja hacia el fondo, con lo que se inicia un movimiento de circulación. El líquido más frío vuelve a calentarse por conducción, mientras que el líquido más caliente situado arriba pierde parte de su calor por radiación y lo cede al aire situado por encima.

De forma similar, en una cámara vertical llena de gas, como la cámara de aire situada entre los dos paneles de una ventana con doble vidrio, el aire situado junto al panel exterior —que está más frío— desciende, mientras que al aire cercano al panel interior —más caliente— asciende, lo que produce un movimiento de circulación.


El calentamiento de una habitación mediante un radiador no depende tanto de la radiación como de las corrientes naturales de convección, que hacen que el aire caliente suba hacia el techo y el aire frío del resto de la habitación se dirija hacia el radiador. Debido a que el aire caliente tiende a subir y el aire frío a bajar, los radiadores deben colocarse cerca del suelo (y los aparatos de aire acondicionado cerca del techo) para que la eficiencia sea máxima. De la misma forma, la convección natural es responsable de la ascensión del agua caliente y el vapor en las calderas de convección natural, y del tiro de las chimeneas. La convección también determina el movimiento de las grandes masas de aire sobre la superficie terrestre, la acción de los vientos, la formación de nubes, las corrientes oceánicas y la transferencia de calor desde el interior del Sol hasta su superficie.

RADIACIÓN

La radiación presenta una diferencia fundamental respecto a la conducción y la convección: las sustancias que intercambian calor no tienen que estar en contacto, sino que pueden estar separadas por un vacío. La radiación es un término que se aplica genéricamente a toda clase de fenómenos relacionados con ondas electromagnéticas. Algunos fenómenos de la radiación pueden describirse mediante la teoría de ondas, pero la única explicación general satisfactoria de la radiación electromagnética es la teoría cuántica. En 1905, Albert Einstein sugirió que la radiación presenta a veces un comportamiento cuantizado: en el efecto fotoeléctrico, la radiación se comporta como minúsculos proyectiles llamados fotones y no como ondas. La naturaleza cuántica de la energía radiante se había postulado antes de la aparición del artículo de Einstein, y en 1900 el físico alemán Max Planck empleó la teoría cuántica y el formalismo matemático de la mecánica estadística para derivar una ley fundamental de la radiación. La expresión matemática de esta ley, llamada distribución de Planck, relaciona la intensidad de la energía radiante que emite un cuerpo en una longitud de onda determinada con la temperatura del cuerpo. Para cada temperatura y cada longitud de onda existe un máximo de energía radiante. Sólo un cuerpo ideal (cuerpo negro) emite radiación ajustándose exactamente a la ley de Planck. Los cuerpos reales emiten con una intensidad algo menor.


Las superficies opacas pueden absorber o reflejar la radiación incidente. Generalmente, las superficies mates y rugosas absorben más calor que las superficies brillantes y pulidas, y las superficies brillantes reflejan más energía radiante que las superficies mates. Además, las sustancias que absorben mucha radiación también son buenos emisores; las que reflejan mucha radiación y absorben poco son malos emisores. Por eso, los utensilios de cocina suelen tener fondos mates para una buena absorción y paredes pulidas para una emisión mínima, con lo que maximizan la transferencia total de calor al contenido de la cazuela.
Algunas sustancias, entre ellas muchos gases y el vidrio, son capaces de transmitir grandes cantidades de radiación. Se observa experimentalmente que las propiedades de absorción, reflexión y transmisión de una sustancia dependen de la longitud de onda de la radiación incidente. El vidrio, por ejemplo, transmite grandes cantidades de radiación ultravioleta, de baja longitud de onda, pero es un mal transmisor de los rayos infrarrojos, de alta longitud de onda.




Además de los procesos de transmisión de calor que aumentan o disminuyen las temperaturas de los cuerpos afectados, la transmisión de calor también puede producir cambios de fase, como la fusión del hielo o la ebullición del agua. En ingeniería, los procesos de transferencia de calor suelen diseñarse de forma que aprovechen estos fenómenos. Por ejemplo, las cápsulas espaciales que regresan a la atmósfera de la Tierra a velocidades muy altas están dotadas de un escudo térmico que se funde de forma controlada en un proceso llamado ablación para impedir un sobrecalentamiento del interior de la cápsula. La mayoría del calor producido por el rozamiento con la atmósfera se emplea en fundir el escudo térmico y no en aumentar la temperatura de la cápsula.

Por cambio de estado:

- Por evaporación (o vaporización):

Un líquido para evaporarse necesita una cantidad de calor que capta del ambiente. Todos hemos experimentado en días calurosos cómo podemos refrescarnos mojándonos la piel. El agua al evaporarse nos roba calor y nos sentimos más frescos.

El calor se transmite desde un cuerpo caliente al líquido que se evapora. La arquitectura tradicional de los países de Oriente Medio siempre ha utilizado este sistema de enfriamiento por evaporación para refrescar sus viviendas.


- Por condensación (o licuefacción):

Un gas posee una cantidad de calor que obtuvo al convertirse de líquido en gas. Este calor lo devuelve cuando se enfría y se convierte de nuevo en líquido. Todos hemos observado en las mañanas frías cómo el vapor de agua que contenía el aire de nuestra habitación se ha condensado en el cristal de la ventana.





ESTUDIO BIOCLIMÁTICO DE UN EDIFICIO




­­­­­­Reacciones fisiológicas del cuerpo humano ante el clima


Para conseguir el máximo confort, se procura que el aire no incida directamente sobre las personas. De ese modo evitaras resfriados, dolores de cabeza y otras molestias para la salud.

Las condiciones ambientales de temperatura y humedad afectan directamente al confort de los trabajadores y a la eficacia en la ejecución de las tareas. La determinación de unas condiciones ambientales que satisfagan a todo el mundo es una labor difícil, cuando no imposible, dadas las diferencias entre las preferencias de las personas.

Temperatura. La temperatura operativa óptima depende de la época del año. Los límites recomendados son los siguientes:
En verano, de 23 a 26 ºC
En invierno, de 20 a 24 ºC



En cuanto a la regulación física, se lleva a cabo según el estado en el que se encuentre el organismo en cuestión. En el caso de que se produzca movimientos en el cuerpo, el funcionamiento de los órganos y de las estructuras internas del mismo provocan que la temperatura interna aumente dentro de un intervalo determinado. Cuando esto ocurre en los animales homeotérmicos, se produce el proceso de regulación de la temperatura, en el cual, tras una serie de procedimientos, se consigue que la temperatura disminuya volviendo así a su habitual calor interno.

La termorregulación es la capacidad del cuerpo para regular su temperatura, dentro de ciertos rangos, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. Los animales homeotermos tienen capacidad para regular su propia temperatura. La temperatura corporal interna ideal gira en torno a los 36ºC. EL cuerpo intenta mantener esta temperatura mediante procesos homeostáticos.

Como sabemos, la homeostasis es el conjunto de procesos que contribuyen al mantenimiento constante del equilibrio interno de un animal homeotérmico.


Factores que determinan el clima

Latitud
Efectos sobre la temperatura atmosférica:



La latitud determina la inclinación con la que caen los rayos del Sol y la diferencia de la duración del día y la noche. Cuanto más directamente incide la radiación solar, más calor aporta a la Tierra.
Las variaciones de la insolación que recibe la superficie terrestre se deben a los movimientos de rotación (variaciones diarias) y de traslación (variaciones estacionales)
Las variaciones en latitud son causadas, de hecho, por la inclinación del eje de rotación de la Tierra. El ángulo de incidencia de los rayos del Sol no es el mismo en verano que en invierno siendo la causa principal de las diferencias estacionales. Cuando los rayos solares inciden con mayor inclinación calientan mucho menos.
Las temperaturas atmosféricas más frías se dan al amanecer y las más elevadas, en horas de la tarde.
Efectos sobre las precipitaciones:



La latitud determina la localización de los centros de acción que dan origen a los vientos: anticiclones y ciclones. La ubicación de los centros de acción determina la dirección y mecánica de los vientos planetarios o constantes y por consiguiente, las zonas de mayor o menor cantidad de precipitación. Los cuatro paralelos notables (Trópicos y círculos polares) generan la existencia de grandes zonas anticiclónicas y depresiones de origen dinámico, es decir, originadas por el movimiento de rotación terrestre y de origen térmico (originadas por la desigual repartición del calentamiento de la atmósfera.
Altitud
La altura del relieve modifica sustancialmente el clima, en especial en la zona intertropical, donde se convierte en el factor modificador del clima de mayor importancia.
El cálculo aproximado que se realiza, es que al elevarse 160 m, la temperatura baja 1 °C.
Orientación del relieve
La disposición de las cordilleras más importantes con respecto a la incidencia de los rayos solares determina dos tipos de vertientes o laderas montañosas: de solana y de umbría.
Al norte del Trópico de Cáncer, las vertientes de solana son las que se encuentran orientadas hacia el sur, mientras que al sur del Trópico de Capricornio las vertientes de solana son, obviamente, las que están orientadas hacia el norte..
La orientación del relieve con respecto a la incidencia de los vientos dominantes (los vientos planetarios) también determina la existencia de dos tipos de vertientes: de barlovento y de sotavento. Llueve mucho más en las vertientes de barlovento porque el relieve da origen a las lluvias orográficas, al forzar el ascenso de las masas de aire húmedo.


Continentalidad
La proximidad del mar modera las temperaturas extremas y suele proporcionar más humedad en los casos en que los vientos procedan del mar hacia el continente. Las brisas marinas atenúan el calor durante el día y las terrestres limitan la irradiación nocturna.
Una alta continentalidad, en cambio, acentúa la amplitud térmica. Provocará inviernos fríos y veranos calurosos. El ejemplo más notable de la continentalidad climática lo tenemos en Rusia, especialmente, en la parte central y oriental de Siberia: Verjoyansk y Oimyakon rivalizan entre sí como los polos del frío durante los largos inviernos boreales (menos de 70º C bajo cero). Ambas poblaciones se encuentran relativamente cerca del Océano Glacial Ártico y del Océano Pacífico, pero muy lejos del Atlántico, que es de donde proceden los vientos dominantes (vientos del Oeste).
La continentalidad es el resultado del alto calor específico del agua, que le permite mantenerse a temperaturas más frías en verano y más cálidas en invierno.
Corrientes oceánicas
Las corrientes marinas o, con mayor propiedad, las corrientes oceánicas, se encargan de trasladar una enorme cantidad de agua y, por consiguiente, de energía térmica (calor). La influencia muy poderosa de la Corriente del Golfo, que trae aguas cálidas desde las latitudes intertropicales hace más templada la costa atlántica de Europa que lo que le correspondería según su latitud. En cambio, otras zonas de la costa este de América del Norte, situadas a la misma latitud que las de Europa presentan unas temperaturas mucho más bajas, especialmente en invierno. Un interesante ejemplo de que las temperaturas no guardan una correspondencia estricta con la latitud, cuando se tratan de corrientes oceánicas frías o cálidas se encuentra en el hecho de que las aguas oceánicas en España y Portugal son más cálidas que en las costas de Canarias y Mauritania, a pesar de la menor latitud de las costas africanas, por el hecho de que en ambos casos están incidiendo los efectos de dos corrientes distintas: la corriente del Golfo en las costas europeas y la de las Canarias en las costas africanas.
Las corrientes frías también ejercen una poderosa influencia sobre el clima. En la zona intertropical producen un clima muy árido en las costas occidentales de África y de América, tanto del norte como del sur.
Los motivos de que surjan las aguas frías se deben a dos razones relacionadas con el movimiento de rotación de la Tierra:
En primer lugar, a la dirección de los vientos planetarios en la zona intertropical y a la propia dirección de las corrientes ecuatoriales


En segundo lugar, el propio movimiento de rotación es el responsable directo del ascenso de las aguas frías en las costas occidentales de los continentes en las latitudes subtropicales.



TIPO DE ACTIVIDAD QUE SE DESARROLLA EN EL CENTRO


Actividad docente


DENSIDAD DE PERSONAS EN EL LOCAL


Opinamos que el centro posee unas grandes dimensiones en relación a otros centros de esta nuestra localidad. Pero el tamaño de las aulas en relación al nº de alumnos de cada clase, deja mucho que desear. Se agrupan demasiadas personas en tan pocos metros cuadrados.
El ruido provocado por los alumnos del centro puede llegar a provocar estress, y un mal estar general. Además al estar concentrados tantos adolescentes en tan pocos metros cuadrados, crea como una pequeña atmósfera, de olor corporal que hace que la convivencia sea imposible.
En conclusión, empeora la calidad ambiental.





Aislamiento

Aislamiento térmico es la capacidad de los materiales para oponerse al paso del calor por conducción.

Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o menor medida, al paso del calor a través de ellos. Algunos, muy escasa, como los metales, por lo que se dice de ellos que son buenos conductores; los materiales de construcción (yesos, ladrillos, morteros) tienen una resistencia media. Aquellos materiales que ofrecen una resistencia alta, se llaman aislantes térmicos específicos o, más sencillamente, aislantes térmicos.

Los aislantes térmicos específicos más importantes son las espumas plásticas (EPS, Poliestireno expandido, Polietileno expandido, PUR, Poliuretano expandido) y los vegetales (paja, virutas madera, fardos de pasto, etc).

Existen dos tipos de aislamiento térmico: De exterior y de interior.

- Los sistemas de aislamiento térmico por el exterior protegen y proporcionan ahorro a la vez.Este sistema de aislamiento térmico (SATE) se aplica cuando una fachada no dispone de aislante suficiente.

Hay distintos sistemas : de capa gruesa, exclusivamente minerales, los sistemas de capa fina con materiales de superficie ligados con silicato en dispersión, así como los sistemas no cementosos ligados con resinas sintéticas en dispersión, etc.

- Los sistemas de aislamiento térmico por el interior: Según los expertos, el mejor modo para retener el calor en el interior de la casa en invierno y de mantenerlo fuera en verano es reforzando los puntos estratégicos por los que el aire y el calor se dispersan: paredes, techo y suelo.

En paredes se utilizan materiales como ladrillos huecos, hormigón, lona plástica o aislamiento de vertido

En suelos se utiliza aislamiento reflector y láminas flexibles de fibra de vidrio

En techos se utilizan Pinturas especiales, Techos de césped (césped colocado sobre el techo plano) y láminas o rollos compuestos de fibra mineral como lana de piedra o fibra de vidrio.



Aislamiento acústico

El aislamiento acústico se refiere al conjunto de materiales, técnicas y tecnologías desarrolladas para aislar o atenuar el nivel sonoro en un determinado espacio.

Consiste en la protección de un recinto contra la penetración de sonidos. Se trata de reducir el ruido. Un buen aislamiento acústico transmite lo mínimo de energía posible. Los materiales más adecuados para el aislamiento acústico son los que tienen la propiedad de reflejar o absorber una parte importante de la energía de la onda incidente, ya que, al no dejar pasar la energía tienen que absorberla o reflejarla.

-Materiales empleados para el aislamiento

· El plomo es el mejor aislante de todos, ya que, aisla del sonido y de las vibraciones. Sin embargo actualmente está prohibido su utilización.

· Los materiales usados generalmente en la construcción como hormigón, terrazo, acero, etc. son lo suficientemente rígidos y no porosos como para ser buenos aislantes.

· También actúan como un gran y eficaz aislante acústico, las cámaras de aire entre paredes. Si se añade, además, material absorbente en el espacio entre los tabiques, como celulosa, lana de roca o lana de vidrio, el aislamiento mejora todavía más.

· El caucho y los elastómeros, también, son materiales capaces de amortiguar bastante bien el sonido.

· Corcho natural: Deben ponerse espesores a partir de 10 cm.

· Vidrio celular: Deben utilizarse densidades altas o un grandes espesores

· Vermiculita: Se necesita un espesor a partir de 10 cm.

· Perlita: Para ser realmente eficaz es necesario utilizar un espesor superior a 10 cm.

· Arcilla expandida: También se precisa un espesor mayor de 10 cm.

· Fieltro de madera: Son buenos acondicionadores acústicos por su capacidad de absorción acústica.


- Materiales aislantes dañinos para el medio ambiente.

· Espumas de poliuretano: emiten sustancias tóxicas durante largo tiempo. Hacen barrera de vapor.

· Poliestireno expandido: catalogado como uno de los cinco plásticos más dañinos para el medio ambiente.

· Lanas minerales de vidrio y roca: dispersan en el aire microfibras que pueden inhalarse y causar enfermedades pulmonares.