COMPORTAMIENTO TÉRMICO DE LOS ENVOLVENTES MULTICAPA BASADOS EN LADRILLO

11/09/2021 – ESCRITO POR: VANESSA CÁRDENAS – INVESTIGACIÓN POR: VANESSA CÁRDENAS Y PABLO OCHOA

La bioclimática es un tema muy importante a tratar en el campo arquitectónico, ya que la construcción tiene una estrecha relación con el medio ambiente y con la vinculación entre las personas y su bienestar habitacional. El cuerpo humano produce calor constantemente debido a los procesos bioquímicos naturales. Es así, que constantemente se encuentra intercambiando energía con su entorno y son varios los factores que pueden influir en su confort. Dentro del confort humano se deben tomar en consideración los siguientes: térmico, lumínico, acústico, olfativo y psicológico (Fuentes, 2009). Sin embargo esta investigación se centra en el tema térmico, considerando su estrecha relación con la elección de los sistemas constructivos y materiales.

El equilibrio energético de un edificio depende en gran medida del correcto aislamiento térmico en su envolvente, tomando en cuenta que estos juegan un papel fundamental en el intercambio de calor entre el exterior y el interior de la construcción, ya que un correcto aislamiento permite un comportamiento térmico interior más confortable, un caso explicativo para comprender mejor este concepto seria el siguiente: si en el día el sol genera mucho calor exterior, el ambiente interior se mantiene fresco mientras que el envolvente almacena esta energía radiante para liberarla durante la noche, donde la temperatura exterior baja y se logra obtener un ambiente interior más cálido. (Cordero y Guillén, 2012)

La resistencia térmica (R) y la transmitancia térmica (U) de los materiales son recíprocas una con otra y se derivan de la conductividad térmica (λ) y el grosor de los materiales.

La investigación se plantea con un enfoque experimental-cuantitativo la cual se desarrolló en la ciudad de Cuenca; esta según la NEC se encuentra dentro de la zona climática 3, la cual se considera de clima continental lluvioso y comprende temperaturas entre los 10 a 18ºC. Para esta zona el factor U que se debe cumplir es de 0,592 W/m2K para espacios climatizados y 2,35 W/m2K para espacios no climatizados.

Se plantean tres tipologías a base de un análisis de transmitancia térmica por fórmulas, y el cumplimiento de otros aspectos como precio y peso:

Tipología A: El primer prototipo (A - 2,849 W/m2K) se enfoca en el método constructivo más utilizado en la construcción de envolventes en la ciudad de Cuenca, el cual consiste en paredes de ladrillo panelón.

Tipología B: El segundo prototipo (B - 0,558 W/m2K) propone una mampostería de ladrillo tochana con aislamiento interior de EPS, comúnmente conocido como espuma flex, y un terminado interior de yeso cartón más conocido como gypsum.

Tipología C: Y el tercer prototipo (C - 0,580 W/m2K) consiste igualmente en una mampostería de ladrillo tochana pero en este caso el aislamiento de EPS se coloca en la cara exterior y su acabado es de enlucido de 1cm de espesor.

Después de determinar las tres tipologías y su comportamiento térmico por medio de las fórmulas del factor U, se diseña un prototipo de celda con sistema aislante y sensores térmicos para poner a prueba real a las tipologías frente a la intemperie y compararlas entre sí. La celda experimental está diseñada a base de una estructura metálica, y cámaras de aire entre capas de espuma flex (EPS), brindando una transmitancia térmica de 0,139 W/m2K, calculado a partir del espesor y conductividad de cada capa de material.

Siempre se debe poner a prueba las investigaciones teóricas pues es solo aquí donde se determinarán todos los comportamientos bajo las condiciones térmicas reales y el funcionamiento de los sistemas constructivos, uniones, filtraciones, etc.

La toma de datos se realiza por medio de termistores NTC 10K 3950 ubicados entre cada material usado en las tipologías, y un sensor DHT11 ubicado en el espacio interior de aire de cada celda. Los sensores son programados por medio del software Arduino, y la información es almacenada en una memoria micro SD, de donde se descargan los datos a la computadora cada 3 días. Posteriormente se procesa la información mediante Microsoft Excel y se crean las tablas y gráficos necesarios para el análisis. Esta toma de datos se realiza por un período de quince días entre el 17 de Abril al 1 de Mayo del 2019; época considerada como la más lluviosa del año.

Una vez finalizada la construcción de las celdas y la programación de los sensores, se procedió a recolectar los datos de temperatura durante los quince días de experimentación. La temperatura exterior, tanto como los demás datos climáticos externos fueron tomados cada media hora de la estación meteorológica existente en el sitio del experimento (terraza de posgrados de arquitectura de la Universidad de Cuenca). Se observó que el promedio de temperatura exterior ronda los 16º C, encontrándose por debajo del nivel de confort térmico determinado por la NEC, el cual debe estar entre los 18 y 26ºC. El rango de temperatura exterior por debajo de los 18ºC se encuentra en promedio entre las 16:30 y 10:00, esto representa el 68,33% del período fuera del rango de confort.

Se observa que la tipología C es la única que mantiene su temperatura dentro del rango de confort, es decir, por encima de los 18ºC y por debajo de los 26ºC. La variación térmica de la tipología C es también menor a las tipologías A y B, esto quiere decir que mantiene su temperatura más estable; si bien la opción B y C diseñadas en fórmulas tenían transmitancias térmicas similares de 0,558 y 0,580 W/m2K respectivamente, a diferencia de la opción A con 2,849 W/m2K, claramente la tipología C aisla mejor; se presume que esto sucede debido al sistema constructivo utilizado, ya que el acabado en seco de la tipología B con planchas de gypsum (yeso-cartón) tiene una mayor cantidad de cortes y uniones por los cuales puede existir puentes térmicos, mientras que la tipología C tiene un acabado homogéneo con enlucido de mortero cemento:arena 1:3, tanto en su superficie exterior como interior, disminuyendo los puentes térmicos.

El tener un correcto aislamiento térmico en los envolventes de una construcción permite un mayor confort interior, disminución en gastos de calefacción y prevención de daños en la salud debido al síndrome del edificio enfermo. Esta investigación se centra en crear prototipos de envolventes basados en ladrillo para el medio físico-ambiental de la ciudad de Cuenca; la razón para haber elegido el ladrillo como material base radica en que es un elemento altamente utilizado en la construcción en este medio. Utilizar material del sitio es beneficioso tanto para la industria de la producción cuencana como para la huella ecológica.

El aislante escogido para esta investigación fue el EPS, por su ligereza y fácil manipulación, además de bajo costo y versatilidad; a diferencia de otros aislantes que se encontraban disponibles en el mercado solamente en rollos a partir de 15m de longitud y algunos de ellos altamente inflamables. Sin embargo, los sistemas constructivos planteados son versátiles y se adaptan a la utilización de distintos tipos de aislantes; aunque aquí se formula una incógnita, si al utilizar aislantes de origen animal o fibroso, con espesores que presenten igual conductividad térmica, y en los mismos sistemas constructivos, se obtendría un similar comportamiento térmico puesto en obra.

Si bien esta investigación se basa en el estudio de envolventes verticales basados en ladrillo, se tiene presente que éstos puestos en obra nunca funcionarán por sí solos, ya que deben estar correctamente complementados con vanos, uniones con pisos aislados y techos aislados. Esta situación abre una gran brecha de investigación sobre el estudio de envolventes térmicos horizontales como pisos y techos, de ventanas y puertas, etc