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Masa térmica y capacidad calorífica: ¿Cuál es su misteriosa conexión?
En el diseño de edificios, la masa térmica es una propiedad física importante que determina cómo el flujo de energía térmica en un edificio afecta sus cambios de temperatura. Sin embargo, no parece haber consenso entre los expertos respecto a la definición de masa térmica. Muchos estudiosos lo consideran sinónimo de capacidad calorífica, la capacidad de un objeto para almacenar energía térmica, mientras que otros describen la masa térmica junto con su volumen y su capacidad calorífica volumétrica. Esta inconsistencia ha llevado a que algunos estudiosos consideren la masa térmica como pseudociencia. Este artículo explorará la conexión entre la masa térmica y la capacidad calorífica y su aplicación en el diseño de edificios.
La masa térmica generalmente se representa con el símbolo
Cthy su unidad SI esJ/KoJ/°C(ambas son efecto equivalente).
La relación entre el calor Q y la masa térmica se puede definir como: Q=CthΔT, donde Q representa la energía térmica transferida, y ΔTes el cambio de temperatura. Esto significa que cuando el calor ingresa a un objeto, la masa térmica determina cuánto aumenta la temperatura del objeto.
Por ejemplo, si se añaden 250 julios de calor a un engranaje de cobre con una masa térmica de 38,46 julios/°C, su temperatura aumentará 6,50°C. Esta uniformidad de la materia hace que el cálculo de la masa térmica sea relativamente sencillo, utilizando sólo la masa del objeto y su capacidad calorífica específica.
La dificultad para calcular la capacidad calorífica aumenta en edificios compuestos de múltiples materiales. Normalmente, esto requiere sumar las capacidades caloríficas de cada material puro o realizar mediciones directas del objeto en su conjunto. Esto hace que el análisis de masa térmica en compuestos de múltiples materiales sea más complejo.
"La masa térmica depende de la relación entre la capacidad calorífica específica del material, su densidad, espesor y conductividad térmica."
En el contexto más amplio de la construcción, se considera que el impacto de la masa térmica tiene un vínculo directo con el confort. Si la temperatura exterior cambia con frecuencia, agregar masa térmica puede mejorar el confort durante un cierto período de tiempo. Sin embargo, la masa térmica puede ser un inconveniente cuando el espacio se utiliza de forma intermitente. Con el flujo continuo de calor, el efecto de la masa térmica apenas se nota. Por lo tanto, los cálculos de capacidad calorífica generalmente no se incluyen en los cálculos de ingeniería.
"En los Estados Unidos y Canadá, los equipos de calefacción y refrigeración de edificios generalmente se planifican de acuerdo con el Manual J de la Asociación de Contratistas de Aire Acondicionado (Manual J), pero este proceso no considera el impacto de la capacidad calorífica."
Según el Manual J, el equipo de calefacción y refrigeración de un edificio debe medirse en detalle basándose en detalles como el tamaño, la estructura, el aislamiento, la estanqueidad al aire, las características del equipo y la carga de usuarios de la casa. Si bien durante este proceso se asume la capacidad calorífica, el equipo está diseñado principalmente para mantener un ambiente interior confortable a temperaturas extremas.
La misteriosa conexión entre masa térmica y capacidad calorífica, especialmente en el contexto de la sostenibilidad y el confort en el diseño de edificios, sigue siendo un área que merece más investigación. A medida que avanza la tecnología de la construcción, cómo utilizar mejor la masa térmica y sus propiedades asociadas puede convertirse en clave para los diseños futuros. Al considerar la masa térmica, ¿deberíamos reevaluar su potencial para reducir el consumo de energía y mantener el confort?
