Transferencia de calor en casas de contenedores

Transferencia de calor en casas de contenedores

Uno de los procesos que más energía consumen y que afectan el uso de energía en el hogar es la transferencia de calor dentro y fuera del edificio.

A veces quieres mover el calor a propósito, y otras veces deseas ralentizar su movimiento.

Ambos casos son importantes y merecen su atención y planificación al diseñar y construir una casa modular o casa con container.

Transferencia de calor en casas de contenedores

La residencia promedio en USA utiliza la mayoría de su electricidad para calefacción y refrigeración (Fuente )

¿Alguna vez haz tocado una estufa caliente, haz usado un secador de cabello o haz sentido el calor de una hoguera en una noche fría?

Si es así, tiene una sensación intuitiva de transferencia de calor.

En este artículo, vamos a discutir la física detrás de la transferencia de calor y sus importantes implicaciones para las casas de contenedores.

Si bien la transferencia de calor en sí es un poco técnica, creemos que es muy importante que tengas una comprensión de cómo funciona.

El movimiento del calor afecta directamente las malas decisiones que cuestan miles de pesos y afecta su habitabilidad y comodidad en general en tu casa container.

Recortamos los detalles no relevantes y proporcionamos ejemplos claros para ayudarte a navegar algunas de estas decisiones importantes.

¿Qué es exactamente el «calor»?

Antes de que entiendas la transferencia de calor, necesitas entender el calor.

El calor es una forma de energía asociada con los cambios térmicos o de temperatura.

Siempre fluye desde el objeto más caliente hasta el más frío, a menos que sea accionado por una fuerza externa (como un aire acondicionado).

Es importante entender que NO se puede agregar frío a algo; sólo se puede hablar de quitar el calor.

El Frío, por tanto, es la ausencia de Calor.

Un acondicionador de aire no agrega frescura a tu casa, está quitando el calor de tu casa y moviéndolo hacia afuera (aunque hace más calor afuera que adentro).

Es similar a como NO se puede agregar oscuridad a una habitación, solo se puede quitar la luz.

Los tres tipos de transferencia de calor

La energía térmica se transfiere de tres formas principales, cada una de las cuales es importante comprender en el contexto de las estructuras de contenedores marítimos.

1. Conducción

La conducción, la forma más simple de transferencia de calor, es cómo el calor se mueve dentro de un solo objeto sólido y también entre objetos sólidos en contacto directo.

Cuando tocas una estufa caliente, el calor del quemador se transfiere a tu mano.

Si sostienes una cuchara de metal en la mano y toca la cuchara al quemador, tu mano se calentará porque el calor se conduce a través de la cuchara.

Sin embargo, si usas un guante de cocina (aislamiento), mucho menos de esa energía térmica llegará a su mano.

En un contenedor, el metal corrugado exterior suele ser la parte más caliente (en verano) o la más fría (en invierno) de la casa, ya que está más cerca del ambiente exterior.

Cualquier cosa que toque esta capa exterior de metal, como el aislamiento, los postes de pared, las ventanas, los marcos de las puertas, etc., también tendrá este calor transmitido a través de la conducción.

La conducción es donde entra en juego el concepto de puente térmico.

Puente térmico

El puente térmico tiene lugar cuando una sección de un sistema de pared tiene una conductividad más alta (o una capacidad de aislamiento más baja) que el material circundante.

Esto crea un «camino de menor resistencia» para el flujo de calor conductor.

Esto, a su vez, reduce la capacidad de aislamiento general de todo el sistema de pared.

Por ejemplo, si utilizas espárragos de pared de metal que se adhieren al interior del recipiente y tienen contacto directo de metal con metal, el calor se conducirá desde el metal exterior hacia los pernos.

Con los tacos de madera, ocurre lo mismo, excepto que la madera es mucho menos efectiva como conductor.

Por lo tanto, menos calor migrará al interior de tu edificio.

Otra opción es colocar un material más aislante entre el metal corrugado del contenedor y los montantes de pared metálicos.

Si estás interesado en saber qué tan bien aislan los materiales de construcción, este es un gran recurso .

El punto clave es que deseas separar el espacio interior de tu container del metal exterior con el mayor aislamiento posible.

Pero recuerda que el aislamiento solo funciona cuando está entre la pared interior y el metal corrugado exterior.

Cualquier material que «salve» térmicamente esta brecha a través o alrededor del aislamiento está reduciendo el efecto de su aislamiento, y debe tomar medidas para minimizar esto lo más posible.

De lo contrario, su costoso aislamiento se desperdiciará.

Transferencia de calor en casas de contenedores

Los postes que están tocando el exterior metálico del contenedor pueden «puentear» el calor hacia el interior del panel de yeso al proporcionar un camino de conducción a través del aislamiento

2. Convección

La convección es el segundo modo de transferencia de calor y puede definirse generalmente como la transferencia de calor entre un sólido y un fluido.

Fluido es un término de ingeniería que representa tanto líquidos (como el agua) como gases (como el aire).

En realidad, hay dos tipos de convección, con solo una ligera diferencia entre ellos.

A) Convección natural

Un objeto caliente expuesto a un fluido, naturalmente, lo calienta.

Debido a los cambios en la densidad (y, por lo tanto, la flotabilidad) que se correlacionan con los aumentos de temperatura, el fluido caliente se alejará naturalmente del objeto caliente en una corriente convectiva, y el fluido más frío ocupará su lugar.

Esto lleva al dicho común «el calor sube».

Si alguna vez haz sostenido tu mano por encima de una estufa y te haz dado cuenta de que el aire es más cálido que en cualquier otro lugar de la habitación, haz experimentado una convección natural.

B) Convección forzada

Un objeto caliente que tiene un fluido movido sobre él por una fuerza externa, como un ventilador o una bomba.

Si alguna vez haz usado un secador de pelo, este es un ejemplo de convección forzada, ya que un ventilador eléctrico está forzando el aire sobre un elemento de calentamiento eléctrico.

Transferencia de Calor por Convección en contenedores

En el verano, el calor del techo de tu contenedor aumenta la temperatura del aire que lo rodea a través de la convección natural (más adelante explicaremos por qué se calienta el techo).

Este aire caliente se eleva en una columna sobre el contenedor, siendo reemplazado continuamente por el aire ambiente ligeramente más frío en la atmósfera.

En la construcción tradicional con techos con picos, colocar las rejillas de ventilación en la parte superior del techo (y las rejillas de ventilación en la parte inferior) es una forma de permitir que el aire caliente escape de su ático a través de la convección natural.

Lo ideal sería que la temperatura de su ático no fuera más alta que la temperatura ambiente fuera de la casa, pero sin esta ventilación, su ático se convierte en un horno.

Transferencia de calor en casas de contenedores

Flujo de calor por convección natural a través de los respiraderos del techo en construcción tradicional ( Fuente )

Sin embargo, para casas de contenedores, esto no es especialmente práctico.

A menos que agregues un techo puntiagudo sobre el contenedor, una casa contenedor no tendrá un ático o espacio aéreo sobre el aislamiento en el techo.

3. Radiación

La radiación es el último de los tres modos de transferencia de calor y es el más difícil de entender.

La palabra radiación por lo general tiene una connotación muy negativa, así que comencemos por entender qué radiación está en un nivel alto.

Luego, discutiremos los tipos de radiación que existen.

En términos simples, la radiación es energía que se transmite a través de la materia a través de ondas invisibles.

Se puede dividir en dos tipos la radiación:

A) Radiación ionizante

La «mala» radiación de la que se oye hablar y puede causar daño al tejido vivo.

Es la razón por la que usas un chaleco de plomo cuando te haces una radiografía y porque los humanos no pueden visitar el lugar del accidente del reactor nuclear de Chernobyl en Ucrania.

B) Radiación no ionizante

Todas las demás radiaciones en el espectro electromagnético.

Incluye luz visible, ondas de radio y muchos otros.

La radiación térmica que estamos discutiendo aquí es un tipo de radiación no ionizante.

Transferencia de calor en casas de contenedoresDe Crates. Original version in English by Inductiveload – Translation from English version, Dominio público, Enlace

Espectro electromagnético incluyendo longitudes de onda de energía térmica (Fuente)

Cómo se experimenta la radiación térmica

La mayoría de la radiación térmica que encontramos en la vida cotidiana se transmite a través de las partes visible e infrarroja del espectro (las razones por las que están fuera del alcance de este artículo)

Si te has parado alrededor de una hoguera y te has sentido caliente a pesar de que el aire a tu alrededor estaba frío, has experimentado radiación térmica.

La madera quemada irradiaba energía térmica que fue absorbida por tu cuerpo, aumentando la temperatura de tu piel.

La radiación térmica del fuego calienta tus manos al lado del fuego, aunque el aire es frío ( Fuente )

Transferencia de calor en casas de contenedores

O piensa en una cámara térmica que detecta la radiación térmica emitida por varios objetos.

Transferencia de calor en casas de contenedores

Imagen térmica que muestra la temperatura de las manos en comparación con el aire circundante ( Fuente)

La radiación térmica se emite desde cualquier cosa que tenga una temperatura por encima del cero absoluto (la temperatura más baja teóricamente posible a -273.15 ° C o -459.67 ° F).

De hecho, tu cuerpo está irradiando una pequeña cantidad de calor en la habitación a su alrededor ahora (esto es además de la conducción en la silla en la que está sentado y la convección en el aire de la habitación).

Si estás en una habitación con un vaso de agua fría, tanto tú como el agua irradian energía térmica entre sí.

Pero como la temperatura de tu cuerpo es mucho más cálida que el agua, estás enviando mucha más energía de la que es.

Desde tu perspectiva, estás enviando una gran cantidad de energía térmica, pero solo estás recibiendo un poco, por lo que la temperatura de tu cuerpo disminuye.

Desde la perspectiva del agua, está enviando solo un poco de radiación térmica, mientras que recibe mucho de ti, por lo que aumenta la temperatura.

Eventualmente, dado el tiempo suficiente, ambos llegarían a la misma temperatura de equilibrio.

Radiación térmica para contenedores de transporte

La fuente más importante de radiación térmica para casas de contenedores, es el sol.

El sol emite radiación en muchas frecuencias diferentes, muchas de las cuales están bloqueadas por nuestra atmósfera.

Lo que queda incluye energía térmica, entre otros.

Cuando un contenedor se coloca afuera al sol, el aire ambiente calienta el metal corrugado exterior a la temperatura ambiente a través de la convección.

Sin embargo, cuando el sol toca este metal exterior del contenedor, la radiación térmica hace que la temperatura del metal aumente por encima de la temperatura del aire ambiente.

Este aumento de energía térmica se transfiere luego a través de la conducción hacia el interior del contenedor a través de los postes, el aislamiento y otros componentes de la pared.

No puedes eliminar esta conducción, pero puedes reducirla utilizando materiales con baja conductividad (y alta capacidad de aislamiento), como hemos comentado en la sección sobre conducción.

La mejor manera de minimizar la ganancia de calor de la radiación térmica no es aislar contra ella como con la conducción y la convección, sino bloquearla (por ejemplo, con sombra) o reflejarla (con recubrimientos reflectantes o materiales) para devolverla a la atmósfera.

Nuestro artículo sobre los recubrimientos de techos fríos incluye más detalles sobre cómo lidiar con la energía térmica del sol, así que definitivamente echa un vistazo (incluye una discusión sobre qué hacer cuando estás en un ambiente frío y desea maximizar la cantidad de energía térmica que absorbe).

La radiación térmica como mecanismo de enfriamiento

Es importante tener en cuenta que la radiación térmica no solo consiste en hacer que su recipiente sea más caliente.

Como se mencionó anteriormente, todo lo que tenga una temperatura por encima del cero absoluto está irradiando calor, incluido tu container.

Por la noche, cuando el sol se ha puesto, el container continúa irradiando energía hacia fuera, tal como lo hizo en el día.

Pero ahora que el sol se ha ido, mucho menos calor está irradiando hacia el contenedor.

Bajo ciertas condiciones (línea de visión directa desde el contenedor al cielo, con un cielo despejado libre de nubes, etc.), un contenedor en la noche puede irradiar más energía de la que recibe, lo que se denomina enfriamiento radiativo pasivo o enfriamiento del cielo.

Si estas condiciones persisten durante más de unos pocos minutos, la temperatura del recipiente puede caer por debajo de esa temperatura ambiente.

En los últimos años, los investigadores han estado trabajando en materiales especiales que son excelentes tanto para reflejar la radiación térmica como para emitir su propio calor como radiación térmica.

En experimentos , realmente han podido bajar la temperatura de un material por debajo de la temperatura ambiente mientras están bajo la luz solar directa.

Con un refinamiento e investigación adicionales, un día podremos usar recubrimientos especiales que reducen drásticamente las cargas de enfriamiento y reducen la necesidad de aire acondicionado.

¿Por qué la transferencia de calor es importante para las casas de contenedores?

Independientemente de dónde vivas, deseas que tu container sea un espacio cómodo.

Eso puede incluir la forma en que se ve, pero más importante, es considerar la manera que se siente con respecto a la temperatura.

A menos que vivas en un clima extremadamente templado donde los acondicionadores de aire y los calentadores sean cosas que solo ves en la televisión, tendrás que pensar en calentar y enfriar tu casa container.

Y cada vez que intentas que el interior de tu contenedor tenga una temperatura diferente a la del exterior, estás luchando una batalla contra la física y la madre naturaleza.

Al comprender los principios de la transferencia de calor, puedes aplicar tus esfuerzos y recursos a estas áreas con mayor impacto.

Por ejemplo, en un ambiente caluroso, aislar la parte inferior de tu contenedor funcionará para mantener la temperatura ambiente fuera del aire.

Sin embargo, su costoso aislamiento es mucho más importante para la parte superior y los lados del contenedor que están expuestos a la radiación térmica del sol.

¿Confundido sobre alguno de los temas que hemos cubierto?

¿Estás dispuesto a compartir una técnica que hayas usado en el pasado para combatir uno de los tipos de transferencia de calor que mencionamos?

Háganos saber en los comentarios!

2 comentarios en “Transferencia de calor en casas de contenedores”

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