NCh0849_Of87 Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología, magnitudes, unidades y símbolos.pdf

NORMA CHILENA OFICIAL

NCh849.Of87

Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología, magnitudes, unidades y símbolos

Preámbulo El Instituto Nacional de Normalización, INN, es el organismo que tiene a su cargo el estudio y preparación de las normas técnicas a nivel nacional. Es miembro de la INTERNATIONAL ORGANIZATION FOR STANDARDIZATION (ISO) y de la COMISION PANAMERICANA DE NORMAS TECNICAS (COPANT), representando a Chile ante esos organismos. La norma NCh849 ha sido preparada por la División de Normas del Instituto Nacional de Normalización, y en su estudio participaron los organismos y las personas naturales siguientes: Aislantes AISLAPOL S.A.C. e I. Aislantes Nacionales Ltda. Centro de Ahorro de Energía Comisión Tecnológica del Colegio de Arquitectos Compañía Industrial El Volcán S.A. Dirección General de Metro Empresa Nacional de Electricidad S.A., ENDESA Instituto de Investigaciones y Ensayes de Materiales, IDIEM, Universidad de Chile Instituto Nacional de Normalización, INN Instituto Profesional de Santiago Ministerio de Obras Públicas, Dirección de Arquitectura, MOP

Daniel Longueira S. Walter Bischhoffshausen N. Jaime Hernández M. Carlos Claussen W. Guillermo Knaudt C. Agustín Echeverría de C. Pedro Echeverría B. Mauricio Muñoz C. Roy Levis M. Conrado Berkhoff C. Miguel Bustamante S. Gabriel Rodríguez J. Liliana Anduaga G. Rafael Varleta V. I

NCh849 Ministerio de Vivienda y Urbanismo Universidad del Bío-Bío Universidad de la Frontera Universidad Técnica Federico Santa María

Jaime Arancibia C. Santiago Castillo R. Ariel Bobadilla M. Roberto Goycoolea J. Mario Inostroza D. Pedro Sarmiento M.

El anexo A forma parte del cuerpo de la norma. El anexo B no forma parte del cuerpo de la norma, se inserta sólo a titulo informativo. Esta norma anula y reemplaza a la norma NCh849.Of82, declarada norma chilena Oficial de la República, por Decreto Nº25 del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, de fecha 04 de Febrero de 1983. Esta norma ha sido aprobada por el Consejo del Instituto Nacional de Normalización, en sesión efectuada el 21 de Enero de 1987. Esta norma ha sido declarada Oficial de la República de Chile por Decreto Nº61, de fecha 29 de Abril de 1987, del Ministerio de Vivienda y Urbanismo, publicado en el Diario Oficial del 28 de Mayor de 1987.

II

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NCh849.Of87

Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología, magnitudes, unidades y símbolos

0 Introducción En todos los sistemas o elementos en los que se considera un flujo térmico, se supone la existencia de dos superficies isotérmicas bien definidas, entre las que existe una diferencia de temperatura. Se entiende que los fenómenos de flujo térmico se rigen por la Ley de Fourier y que, en general, se consideran en estado estacionario. Las unidades establecidas en esta norma son las del Sistema Internacional de Unidades (SI). Sin embargo, para facilitar el uso de valores tabulados en múltiples publicaciones científicas y técnicas, se ha incluido en anexo B, a título informativo, otras unidades que pueden ser de interés.

1 Alcance y campo de aplicación 1.1 Esta norma establece la terminología básica, magnitudes, unidades y símbolos que dicen relación con los fenómenos de la transmisión de calor en el campo del acondicionamiento térmico. 1.2 Esta norma se aplica a la expresión de valores de transmisión de calor, ya sean éstos obtenidos por medición o por cálculo. 1.3 Esta norma se aplica a los materiales térmicamente homogéneos y elementos compuestos al considerar la aislación térmica especialmente en el diseño de edificios, en la construcción en general, así como en otros proyectos tecnológicos similares. NOTA - Se entiende por material térmicamente homogéneo aquel en que las heterogeneidades son macros cópicamente despreciables.

1

NCh849

2 Referencias NCh31/4 NCh850

Magnitudes y unidades de calor. Aislación térmica - Método para la determinación de la conductividad térmica en estado estacionario por medio del anillo de guarda. Aislación térmica - Determinación de coeficientes de transmisión térmica por el método de la cámara térmica. Acondicionamiento térmico - Envolvente térmica de edificios - Cálculo de resistencias y transmitancias térmicas.

NCh851 NCh853

3 Magnitudes físicas y definiciones NOTA A - Los términos con asterisco no están contenidos en la norma NCh31/4 Magnitudes y unidades de calor. NOTA B - Los términos con subíndice convencionales.

l (lineal) no corresponden a magnitudes físicas reales sino a definiciones Símbolo de la magnitud

Unidad

3.1 calor: cantidad de calor.

Q

J

3.2 capacidad térmica: magnitud definida por la ecuación:

C

J/K

3.3 capacidad térmica específica: capacidad térmica dividida por la masa.

c

J/(kg ⋅ K)

3.4 capacidad térmica específica a presión constante: cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa de fluido unitaria en la unidad de temperatura, a presión constante.

cp

J/(kg ⋅ K)

3.5 capacidad térmica especifica a volumen constante: cantidad de calor necesaria para elevar la temperatura de una masa de fluido unitaria en la unidad de temperatura a volumen constante.

cv

J/(kg ⋅ K)

3.6 coeficiente superficial de transferencia térmica: densidad de flujo térmico a través de una superficie dividida por la diferencia de temperatura entre esa superficie y los ambientes circundantes

h

W/(m2 ⋅ K)

c=

dQ dT

NOTA - Cuando la temperatura de un sistema aumenta en una cantidad dT por la adición de una pequeña cantidad de calor dQ , entonces la cantidad

h= 2

dQ/dT

q Ts - Ta

es la capacidad térmica.

NCh849 Símbolo de la magnitud

Unidad

Λ

W/(m2 ⋅ K)

Λl

W/(m ⋅ K)

λ

W/(m ⋅ K)

σ

W/(m2 ⋅ K4)

NOTA - Ello supone conocer la superficie a través de la cual el calor es transferido, la temperatura de la superficie, Ts , y la temperatura ambiente

Ta (con referencia a convección libre o forzada y radiación

desde superficies circundantes, etc.).

3.7 conductancia térmica*): inverso de la resistencia térmica desde superficie a superficie de un elemento; (nota A) Λ=

1 R

NOTA - La conductancia térmica debe ser denominada conductancia térmica superficial cuando pueda ser confundida con la conductancia térmica lineal (párrafo 3.8).

3.8 conductancia térmica lineal*): inverso de la resistencia térmica lineal desde superficie a superficie de un elemento; (notas A y B). Λl =

1 Rl

3.9 conductividad térmica: cuociente entre la densidad de flujo térmico y el gradiente de temperatura.

λ = q/(- ∂T/∂e) NOTAS 1)

El gradiente de temperatura es el cuociente entre la diferencia infinitesimal de temperatura que se produce cuando el calor cruza perpendicularmente un espesor infinitesimal.

2)

La conductividad térmica varía principalmente con la densidad, la temperatura y la humedad.

3)

Algunos materiales presentan diferencia de conductividad térmica importante según el sentido del flujo térmico (anisotropía).

4)

La conductividad térmica se determina experimentalmente según la norma NCh850.

3.10 constante de Stefan - Boltzmann*): constante de radiación para un radiador integral (cuerpo de ε = 1) (nota A). Su valor es:

σ = (5,6697 ± 0,0029) ⋅ 10-8 W/(m2 ⋅ K4)

3

NCh849 Símbolo de la magnitud

Unidad

q

W/m2

qr

W/m2

ql

W/m

α

m2/s

NOTA - Cuerpo negro es un cuerpo ideal emisor y absorbente perfecto de radiación térmica. Emite el máximo de energía radiante a todas las longitudes de onda, en función de su temperatura, y absorbe todo el flujo radiante incidente.

3.11 densidad de flujo térmico: flujo térmico dividido por el área: q=

dφ dA

NOTA - El término densidad debe ser denominado densidad superficial cuando pueda ser confundido con densidad lineal.

3.12 densidad de flujo radiante*): flujo radiante por unidad de área; (nota A).

qr =

d φr dA

NOTA - La densidad de flujo radiante es proporcional a la cuarta potencia de la temperatura termodinámica:

qr = ε • σ • T 4 en que:

ε

=

emisividad;

σ

=

constante de Stefan - Boltzmann;

T

=

temperatura termodinámica.

3.13 densidad de flujo térmico lineal*): flujo térmico por unidad de longitud; (notas A y B)

qr =

dφ dl

3.14 difusividad térmica: conductividad térmica dividida por la densidad y por la capacidad térmica específica:

α=

λ ρc

NOTAS 1)

Para fluidos la capacidad térmica específica apropiada es cp.

2)

La definición supone que el medio es homogéneo y opaco.

3)

La difusividad térmica es relevante en el estado no-estacionario, y puede ser medida directamente o bien calculada mediante la fórmula señalada más arriba, a partir de cantidades medidas en forma separada.

4

NCh849

4)

Símbolo de la magnitud

Unidad

b

J/(m2 ⋅ K ⋅ s1/2)

Entre otras cosas, la difusividad térmica da cuenta de la respuesta de la temperatura en cierto lugar al interior de un material, a un cambio de temperatura originado en la superficie. Cuanto más elevada es la difusividad térmica del material, tanto más sensible a los cambios de la temperatura superficial resulta la temperatura interior.

3.15 efusividad térmica*): raíz cuadrada del producto de la conductividad térmica por la densidad y por la capacidad térmica específica; (nota A) b= λ ρ c NOTAS 1)

Para fluidos la capacidad térmica específica apropiada es cp.

2)

Esta propiedad resulta relevante en el estado no-estacionario. Puede ser medida o bien calculada mediante la fórmula señalada anteriormente a partir de cantidades medidas en forma separada. Entre otras cosas, la efusividad térmica da cuenta de la respuesta de la temperatura superficial a un cambio de la densidad del flujo térmico en la superficie. Cuando más baja la efusividad térmica del material, tanto más sensible a los cambios superficiales del flujo térmico resulta la temperatura superficial.

3.16 emisividad*): razón entre la radiación térmica desde un área unitaria de superficie de un radiador cualquiera y la radiación desde un área unitaria de un radiador integral (cuerpo negro), a la misma temperatura. Es una magnitud adimensional; (nota A).

ε

3.17 flujo radiante*): energía térmica radiante transferida a un sistema o desde un sistema; (nota A)

φr

W

φ

W

R

m2 ⋅ K/W

φr =

d Qr dt

3.18 flujo térmico: cantidad de calor transferida a un sistema, o desde un sistema, dividida por el tiempo:

φ=

dQ dt

3.19 resistencia térmica*): diferencia de temperatura dividida por la densidad del flujo térmico; (nota A) R=

Ts 2 - Ts1 q

5

NCh849 Símbolo de la magnitud

Unidad

Rs

m2 ⋅ K/W

Rl

m ⋅ K/W

RT

m2 ⋅ K/W

NOTAS 1)

Ts 2 y Ts1 corresponden a las temperaturas superficiales externas de las capas consideradas.

2)

La resistencia térmica se calcula según la norma NCh853 y se determina experimentalmente según la norma NCh851.

3.20 resistencia térmica de superficie*): valor recíproco del coeficiente superficial de transferencia térmica; (nota A) Rs =

1 h

3.21 resistencia térmica lineal*): diferencia de temperatura dividida por la densidad lineal del flujo térmico; (notas A y B) Rl =

Ts 2 - Ts 1 ql

NOTAS 1)

Ts1 y Ts 2 y la extensión longitudinal a lo largo de la cual la densidad lineal del flujo térmico resulta uniforme.

2)

Si en el sistema,

Ello supone conocer las temperaturas de referencia

Ts1 o Ts 2 no son las temperaturas de una superficie sólida sino las de un fluido, entonces debe definirse una temperatura de referencia en cada caso específico (con referencia a convección libre o forzada por radiación desde superficies circundantes, etc.).

3.22 resistencia térmica total*): diferencia de temperatura de aire a aire dividida por la densidad del flujo térmico; (nota A) RT =

T a 2 - T a1 q

NOTAS

Ta 2 y Ta1 corresponden a las temperaturas del aire adyacente en ambos ambientes.

1)

Las temperaturas

2)

Se calcula según la norma NCh853 y se determina experimentalmente según NCh851.

6

NCh849 Símbolo de la magnitud

Unidad

la

r

m ⋅ K/W

3.24 transmitancia térmica*): flujo térmico dividido por el área y por la diferencia de temperatura entre los ambientes circundantes situados a cada lado del sistema; (nota A)

U

W/(m2 ⋅ K)

Ul

W/(m ⋅ K)

3.23 resistividad térmica*): recíproco conductividad térmica; (nota A) r=

U=

de

1 λ

(Ta 2

φ - Ta1 ) A

NOTAS 1)

Ello supone la definición en el sistema, de dos temperaturas de referencia Ta 2 y Ta1 , y de otras condiciones límites.

2)

La transmitancia térmica debe ser reemplazada por la transmitancia térmica superficial cuando puede ser confundida con la transmitancia térmica lineal (párrafo 3.25).

3.25 transmitancia térmica lineal*): flujo térmico dividido por la longitud y por la diferencia de temperatura entre los ambientes circundantes situados a cada lado de un sistema; (notas A y B) Ul =

(Ta 2

φ - Ta1 ) l

NOTAS 1)

Ello supone la definición en el sistema, de dos temperaturas de referencia, Ta 2 y Ta1 y de otras condiciones límites.

2)

El inverso de la transmitancia térmica lineal es la resistencia térmica lineal total entre los ambientes circundantes situados a cada lado del sistema.

7

NCh849

Anexo A Símbolos y unidades Tabla 1 - Símbolos y unidades para otras magnitudes 2

área

A

m

densidad

ρ

kg/m

diámetro

D

m

espesor

e

m

longitud

l

m

masa

m

kg

temperatura Celsius

θ

ºC

temperatura termodinámica

T

K

tiempo

t

s

3

Con miras a evitar confusiones, a menudo resulta necesario el empleo de subíndices o de otras señales de identificación. En estos casos su significado debe ser explícito. No obstante, se recomiendan los siguientes subíndices: Tabla 2 - Subíndices

8

ambiente

a

conducción

cd

convección

cv

contacto

c

espacio de gas (aire)

g

exterior

e

interior

i

longitud

l

presión

p

radiación

r

superficie

s

superficie exterior

se

superficie interior

si

volumen

v

NCh849

Anexo B (Informativo)

Factores de conversión Tabla 3 - Cantidad de calor, Q Q

J

Wh -4

1 J

1

1 Wh

3 600

1 kcal

4 186,8

1 Btu

1 055

*)

kcal

*) *)

-4

-4

2,778 ⋅ 10

2,388 ⋅ 10

9,478 ⋅ 10

1

0,8598

3,412

1,163

1

3,968

0,2931

0,2520

1

*)

Valor exacto.

Tabla 4 - Flujo térmico,

φ

W

1 W

1

1 cal/s

4,1868

1 kcal/h

cal/s

φ

kcal/h

Btu/s

0,2388

0,8598

9,478 ⋅ 10

1

3,6

*)

3,968 ⋅ 10

1,163

0,2778

1

1 Btu/s

1 055

252,0

1 Btu/h

0,2931

0,0699

*)

*)

*)

Btu/h

-4

3,412

-3

14,29

1,102 ⋅ 10

-3

3,968

907,2

1

3 600

0,2520

2,778 ⋅ 10

*)

1

-4

Valor exacto. Tabla 5 - Densidad de flujo térmico, 2

q

2

2

1

1

36 000

13 272

-5

1

0,3687

-5

2,712

1

2

1,163

2,778 ⋅ 10

3,155

7,535 ⋅ 10

2

1 Btu/(h ⋅ ft )

*)

Btu/(h ⋅ ft )

0,8598

41 868

1 kcal/(h ⋅ m )

*)

2

kcal/(h ⋅ m )

2,388

2

1 cal/(s ⋅ cm )

q 2

cal/(s ⋅ cm )

W/m

1 W/m

*)

Btu

*)

0,3170

Valor exacto.

9

NCh849 Tabla 6 - Coeficiente superficial de transferencia térmica, h, conductancia térmica, transmitancia térmica, U

2

1 W/(m ⋅ K) 2

1 W/(cm ⋅ ºC)

2

cm ⋅ º C -4

-5

0,8598

0,1761

*)

1

0,2388

8 598

1 761

*)

4,1868

1

36 000

7 373

-5

1

0,2048

-4

4,882

1

10 000

1,163

1,163 ⋅ 10

5,678

5,678 ⋅ 10

2

Btu h ⋅ ft 2 ⋅ º F

2,388 ⋅ 10

2

1 Btu/(h ⋅ ft ⋅ ºF)

kcal h ⋅ m2 ⋅ º C

1,10

1

41 868

1 kcal/(h ⋅ m ⋅ ºC)

cal s ⋅ cm2 ⋅ º C

W

2

1 cal/(s ⋅ cm ⋅ ºC)

*)

W 2 m ⋅K

Λ, U

h,

Λ,

*)

*)

*)

-4*)

2,778 ⋅ 10

-4

1,356 ⋅ 10

Valor exacto.

Tabla 7 - Resistencia térmica, R, Rs 2

2

1 m ⋅ K/W

*)

5,678

1,163

2,388 ⋅ 10

1

2,778 ⋅ 10

1,356 ⋅ 10

2

0,8598

36 000

1

4,882

2

0,1761

7 373

0,2048

1

2

1 h ⋅ m ⋅ ºC/kcal 1 n ⋅ ft ⋅ ºF/Btu

10

*)

1

h ⋅ ft 2 ⋅ º F Btu

41 868

1 s ⋅ cm ⋅ ºC/cal

*)

h ⋅ m2 ⋅º C kcal

s ⋅ cm2 ⋅ º C cal

m ⋅K W

R, Rs

Valor exacto.

-5

-5

*)

-4

NCh849 Tabla 8 - Conductividad térmica,

W m⋅ K

λ

W cm ⋅ o C

1

W m⋅ K

1

1

W cm ⋅ º C

100

1

cal s ⋅ cm ⋅ º C

418,68

1

kcal h⋅m⋅ºC

1,163

1,163 ⋅ 10

1

Btu s ⋅ ft ⋅ º F

6 231

62,31

1

Btu h ⋅ ft ⋅ º F

1,731

1,731 ⋅ 10

1

Btu ⋅ inn h ⋅ ft 2 ⋅ º F

0,1442

1,442 ⋅ 10

*)

*)

*)

*)

*)

cal s ⋅ cm ⋅ º C -3

λ

Btu s ⋅ ft ⋅ º F

kcal h⋅m ⋅ ºC

-4

0,5778

6,933

-2

57,78

693,3

-2

241,9

2 903

1,866 ⋅ 10

-4

0,6720

8,064

5 357

1

3 600

43 200

-3

1,488

2,778 ⋅ 10

-4

1

12

-4

0,1240

2,315 ⋅ 10

-5

8,333 ⋅ 10

0,01

2,388 ⋅ 10

0,8598

1,605 ⋅ 10

1

0,2388

85,98

1,605 ⋅ 10

1

360

6,720 ⋅ 10

2,778 ⋅ 10

1

14,88

*)

4,1868

-2

Btu ⋅ inn h ⋅ ft 2 ⋅ º F

Btu h ⋅ ft ⋅ º F

*)

-3

-2

4,134 ⋅ 10

-3

3,445 ⋅ 10

*)

*)

-2

1

Valor exacto.

11

NORMA CHILENA OFICIAL INSTITUTO

NACIONAL

DE

NCh

NORMALIZACION

!

849.Of87 INN-CHILE

Aislación térmica - Transmisión térmica - Terminología, magnitudes, unidades y símbolos Thermal insulation - Thermal transfer - Terminology, quantities, units and symbols

Primera edición : 1987 Reimpresión : 1999

Descriptores:

aislación térmica, terminología, unidades, magnitudes, símbolos

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