Estudio de la transferencia de calor en estado transitorio de una pared compuesta con la técnica de volumen finito.

Abstract

En este estudio se realizó un análisis comparativo entre 12 tipos distintos de muros compuestos que se pueden fabricar con materiales disponibles en el estado, esto con el fin de determinar sus coeficientes de difusión de calor mediante la técnica de volumen finito. Este análisis se hizo en estado transitorio, considerando condiciones de temperatura del estado de Tabasco, para luego analizarlas de manera comparativa e identificar el de mejor desempeño térmicamente para condiciones de temperatura de otros estados. Para poder realizar lo antes mencionado primeramente se hizo un sondeo haciendo visitas a distintos distribuidores de materiales de construcción, esto, con la finalidad de saber que materiales son los más usados en la construcción de viviendas, a lo cual, se encontró que los más usuales son el block macizo de mortero, ladrillo de barro recocido y repellos de mortero y yeso, una vez obtenida esa información se buscaron las propiedades termo físicas y geometrías de dichos materiales. Con base en lo anterior, se propuso el uso de materiales aislantes en los muros como variación al sistema tradicional de construcción, de estos se tomaron en cuenta para la experimentación el poliestireno extruido (foamular) y el poliestireno expandido (EPS) con la intención de buscar mejoras en el desempeño térmico. El estudio térmico de los muros se hizo mediante simulación, desarrollando un programa en un software de programación de licencia libre llamado Octave, dicho programa se basó en la aplicación del método de volumen finito a la ecuación gobernante de difusión de calor bidimensional. El programa desarrollado tomó en cuenta la geometría de los elementos que se usaron en la construcción del muro, con el fin de construir una malla que permitiera conocer el cambio de propiedades de los materiales debido a que los muros son multicapa, y con el fin de conocer los cambios de temperatura a través del muro respecto al tiempo para finalmente obtener los coeficientes de difusividad térmica y conocer la cantidad de calor que es capaz de absorber el muro durante un lapso de dos días. Una vez que se realizaron las simulaciones se encontró que los muros construidos en ladrillo ofrecían buen comportamiento térmico, lo cual era de esperarse, algo muy notable fue encontrar que el uso de aislantes mejora en gran manera el desempeño térmico y que incluso la posición en la que estos se encuentra también es algo a considerar pues el colocar aislante en la parte exterior mostró un mejor desempeño térmico. Los resultados mostraron que la mejor configuración térmicamente fue el muro construido de ladrillo y con aislante térmico al exterior dando una diferencia de 400% en ahorro de consumo respecto al método tradicional de construcción. Por lo anterior, se concluyó que el usar ladrillo y el aislante (foamular) en la parte exterior fue la mejor configuración. Cabe destacar que al tomar condiciones climáticas de otros estados estos muros no mostraron un desempeño notable. Dado que sus características termo físicas los hacen buenos térmicamente para estados con condiciones como las de Tabasco y que también se podría optar por hacer simulaciones con condiciones no promedios como fue este caso sino con condiciones de temperatura extremosas.