Coeficiente de conductividad térmica de materiales de construcción: qué significa el indicador + tabla de valores

La construcción implica el uso de cualquier material adecuado. Los criterios principales son: seguridad para la vida y la salud, conductividad térmica, fiabilidad. Luego siguen el precio, las propiedades estéticas, la versatilidad de uso, etc.

Consideremos una de las características más importantes de los materiales de construcción – el coeficiente de conductividad térmica, ya que de esta propiedad depende en gran medida, por ejemplo, el nivel de confort en el hogar.

¿Qué es el CCT de un material de construcción?

Teóricamente, y también en la práctica, los materiales de construcción suelen crear dos superficies: exterior e interior. Desde el punto de vista de la física, la zona cálida siempre tiende hacia la zona fría.

En lo que respecta al material de construcción, el calor tenderá a pasar de una superficie (la más cálida) a otra (la menos cálida). Precisamente, la capacidad del material para realizar esta transición se denomina coeficiente de conductividad térmica o, por sus siglas, CCT.

Esquema que explica el efecto de la conductividad térmica: 1 – energía térmica; 2 – coeficiente de conductividad térmica; 3 – temperatura de la primera superficie; 4 – temperatura de la segunda superficie; 5 – espesor del material de construcción.

La característica del CCT generalmente se basa en pruebas, donde se toma una muestra experimental de 100x100 cm y se le aplica un efecto térmico teniendo en cuenta una diferencia de temperatura de 1 grado entre las dos superficies. El tiempo de aplicación es de 1 hora.

En consecuencia, la conductividad térmica se mide en vatios por metro por grado (W/m°C). El coeficiente se denota con el símbolo griego λ.

Por defecto, la conductividad térmica de diversos materiales de construcción con un valor inferior a 0,175 W/m°C clasifica estos materiales como aislantes.

La producción moderna ha desarrollado tecnologías para fabricar materiales de construcción cuyo nivel de CCT es inferior a 0,05 W/m°C. Gracias a estos productos, se logra un efecto económico significativo en términos de consumo de recursos energéticos.

Influencia de los factores en el nivel de conductividad térmica

Cada material de construcción individual tiene una estructura determinada y posee un estado físico particular.

La base de esto son:

• la dimensionalidad de los cristales de la estructura;
• el estado de fase de la sustancia;
• el grado de cristalización;
• la anisotropía de la conductividad térmica de los cristales;
• el volumen de porosidad y estructura;
• la dirección del flujo térmico.

Todo esto son factores de influencia. Cierta influencia en el nivel del coeficiente de conductividad térmica (CCT) también la ejercen la composición química y las impurezas. La cantidad de impurezas, como ha demostrado la práctica, tiene una influencia particularmente notable en el nivel de conductividad térmica de los componentes cristalinos.

Los materiales de construcción aislantes son una clase de productos para la construcción, creados teniendo en cuenta propiedades del CCT cercanas a las óptimas. Sin embargo, alcanzar una conductividad térmica ideal manteniendo otras cualidades es extremadamente difícil.

A su vez, la influencia en el CCT la ejercen las condiciones de operación del material de construcción – temperatura, presión, nivel de humedad, etc.

Materiales de construcción con el mínimo CCT

Según investigaciones, el aire seco posee el valor mínimo de conductividad térmica (alrededor de 0,023 W/m°C).

Desde el punto de vista de la aplicación del aire seco en la estructura del material de construcción, es necesaria una construcción donde el aire seco permanezca dentro de numerosos espacios cerrados de pequeño volumen. Estructuralmente, dicha configuración se presenta en forma de numerosos poros dentro de la estructura.

De ahí la conclusión lógica: un material de construcción cuya estructura interna es una formación porosa debe tener un bajo nivel de CCT.

Además, dependiendo de la porosidad máxima admisible del material, el valor de conductividad térmica se aproxima al valor del CCT del aire seco.

La estructura porosa contribuye a la creación de un material de construcción con conductividad térmica mínima. Cuantos más poros de diferentes volúmenes haya en la estructura del material, mejor CCT se puede obtener.

En la producción moderna se aplican varias tecnologías para obtener porosidad en el material de construcción.

En particular, se utilizan las tecnologías:

• de formación de espuma;
• de formación de gas;
• de hidratación;
• de expansión;
• de incorporación de aditivos;
• de creación de armazones fibrosos.

Cabe señalar: el coeficiente de conductividad térmica está directamente relacionado con propiedades como la densidad, la capacidad calorífica y la difusividad térmica.

El valor de conductividad térmica se puede calcular mediante la fórmula:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Donde:

• Q – cantidad de calor;
• S – espesor del material;
• T₁, T₂ – temperatura en ambos lados del material;
• t – tiempo.

El valor promedio de densidad y conductividad térmica es inversamente proporcional al valor de porosidad. Por lo tanto, basándose en la densidad de la estructura del material de construcción, la dependencia de la conductividad térmica respecto a ella se puede calcular de la siguiente manera:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Donde: d – valor de la densidad. Es la fórmula de V. P. Nekrásov, que demuestra la influencia de la densidad de un material concreto en el valor de su CTE.

Influencia de la humedad en la conductividad térmica del material de construcción

De nuevo, a juzgar por los ejemplos de uso de materiales de construcción en la práctica, se descubre la influencia negativa de la humedad en el CTE del material de construcción. Se ha observado: cuanto mayor es la humedad a la que se somete el material de construcción, mayor se vuelve el valor del CTE.

Por diversos medios se busca proteger de la acción de la humedad al material usado en la construcción. Esta medida está plenamente justificada, teniendo en cuenta el aumento del coeficiente para el material de construcción mojado.

Justificar este punto no es difícil. La acción de la humedad sobre la estructura del material de construcción va acompañada de la humidificación del aire en los poros y el reemplazo parcial del ambiente de aire.

Considerando que el parámetro del coeficiente de conductividad térmica para el agua es de 0,58 W/m°C, se vuelve comprensible el aumento sustancial del CTE del material.

También cabe señalar un efecto más negativo cuando el agua que ingresa en la estructura porosa se congela adicionalmente, convirtiéndose en hielo.

En consecuencia, es fácil calcular un aumento aún mayor de la conductividad térmica, teniendo en cuenta los parámetros del CTE del hielo, igual a 2,3 W/m°C. El incremento es aproximadamente cuatro veces el parámetro de conductividad térmica del agua.

Una de las razones para abandonar la construcción invernal en favor de la construcción en verano debe considerarse precisamente el factor del posible congelamiento de algunos tipos de materiales de construcción y, como consecuencia, el aumento de la conductividad térmica.

De aquí se hacen evidentes los requisitos de construcción relativos a la protección de los materiales de construcción aislantes contra la penetración de humedad. Pues el nivel de conductividad térmica crece en proporción directa a la humedad cuantitativa.

No menos significativo parece otro punto: el inverso, cuando la estructura del material de construcción se somete a un calentamiento sustancial. Una temperatura excesivamente alta también provoca un aumento de la conductividad térmica.

Esto sucede debido al aumento de la energía cinética de las moléculas que constituyen la base estructural del material de construcción.

Es cierto que existe una clase de materiales cuya estructura, por el contrario, adquiere mejores propiedades de conductividad térmica en modo de fuerte calentamiento. Uno de esos materiales es el metal.

Si bajo un fuerte calentamiento la mayoría de los materiales de construcción más comunes cambian la conductividad térmica hacia un aumento, el fuerte calentamiento del metal produce el efecto contrario – el CTE del metal disminuye.

Métodos de determinación del coeficiente

Se utilizan diferentes metodologías en este sentido, pero de hecho todas las tecnologías de medición se unifican en dos grupos de métodos:

1. Régimen de mediciones estacionarias.
2. Régimen de mediciones no estacionarias.

El método estacionario implica trabajar con parámetros que no cambian con el tiempo o que cambian ligeramente. Según las aplicaciones prácticas, esta tecnología permite obtener resultados de CCT más precisos.

Las acciones dirigidas a medir la conductividad térmica, el método estacionario permite realizarlas en un amplio rango de temperaturas – 20 – 700 °C. Sin embargo, la tecnología estacionaria se considera un método laborioso y complejo que requiere una gran cantidad de tiempo para su ejecución.

Ejemplo de un aparato diseñado para realizar mediciones del coeficiente de conductividad térmica. Es una de las construcciones digitales modernas que garantiza la obtención de un resultado rápido y preciso.

Otra tecnología de medición – la no estacionaria, parece más simplificada, requiriendo de 10 a 30 minutos para su ejecución. Sin embargo, en este caso el rango de temperaturas está significativamente limitado. No obstante, el método ha encontrado una amplia aplicación en el sector productivo.

Tabla de conductividad térmica de materiales de construcción

No tiene sentido someter a medición muchos materiales de construcción existentes y ampliamente utilizados.

Todos estos productos, por lo general, han sido probados repetidamente, en base a lo cual se ha compilado una tabla de conductividad térmica de materiales de construcción, que incluye prácticamente todos los materiales necesarios en la obra.

Una de las variantes de dicha tabla se presenta a continuación, donde CCT – coeficiente de conductividad térmica:

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Conclusiones y video útil sobre el tema

Un video temático donde se explica con suficiente detalle qué es KTP y "con qué se come". Al familiarizarse con el material presentado en el video, se tienen altas posibilidades de convertirse en un constructor profesional.

Un aspecto obvio: el potencial constructor necesita saber sobre la conductividad térmica y su dependencia de varios factores. Estos conocimientos ayudarán a construir no solo con calidad, sino con un alto grado de confiabilidad y durabilidad del objeto. El uso del coeficiente es, en esencia, un ahorro real de dinero, por ejemplo, en el pago de los mismos servicios públicos.

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