7.1: Pérdida de calor residencial (I)

Las casas se calientan para mantener la temperatura interior a aproximadamente 65°F cuando la temperatura exterior es más baja. Una casa requiere calor continuamente debido a la pérdida de calor. El calor puede escapar de una casa por varios lugares; algunos son bien conocidos y otros no se notan. El calor puede escapar del techo, paredes, puertas, ventanas, paredes del sótano, chimenea, respiraderos e incluso del piso, como se muestra en la Figura 7.1.1.

Figura 7.1.1. Ejemplos de pérdida de calor en una casa

Como se muestra en la Figura 7.1.2, cuanto más calor gotea la casa, más tiene que apagar el horno para compensar la pérdida. Para que el horno genere más calor para compensar la pérdida de calor, se necesita poner más combustible en el horno, de ahí mayores costos de combustible o calefacción.

Figura 7.1.2. Diagrama de flujo de pérdida

Como recordarán del Capítulo 3, no todos los dispositivos de conversión de energía son eficientes. Por lo tanto, es importante señalar que los hornos no son 100 por ciento eficientes. Cuando la eficiencia de un horno es menor, el consumo de combustible para la misma cantidad de salida de calor será aún mayor.

Mecanismos de Pérdida/Transferencia de Calor

Como se muestra en la Figura 7.1.3, el calor escapa (o transfiere) de adentro hacia afuera (temperatura alta a baja temperatura) por tres mecanismos (ya sea individualmente o en combinación) de un hogar:

• Conducción
• Convección
• Radiación

Figura 7.1.3. Transferencia de calor por conducción, convección y radiación

Conducción

La conducción es un proceso por el cual el calor se transfiere desde el área caliente de un objeto sólido al área fría de un objeto sólido por las colisiones de partículas.

Es decir, en los sólidos los átomos o moléculas no tienen la libertad de moverse, como lo hacen los líquidos o gases, por lo que la energía se almacena en la vibración de los átomos. Un átomo o molécula con más energía transfiere energía a un átomo o molécula adyacente por contacto físico o colisión.

En la imagen de abajo, el calor (energía) se conduce desde el extremo de la varilla en la llama de la vela más abajo hasta el extremo más frío de la varilla a medida que las vibraciones de una molécula pasan a la siguiente; sin embargo, no hay movimiento de átomos o moléculas energéticas.

El siguiente video ilustra la conducción.

Con respecto a la calefacción residencial, el calor se transfiere por conducción a través de sólidos como paredes, pisos y el techo, como se muestra en el siguiente video.

Convección

La convección es un proceso por el cual el calor se transfiere de una parte de un fluido (líquido o gas) a otra por el movimiento masivo del propio fluido. Las regiones calientes de un fluido o gas son menos densas que las regiones más frías, por lo que tienden a elevarse. A medida que los fluidos más cálidos suben, son reemplazados por fluidos o gases más fríos desde arriba.

En el siguiente video, el calor (energía) proveniente de la llama de la vela se eleva y es reemplazado por el aire frío que la rodea.

En la calefacción residencial, la convección es el mecanismo por el cual el calor se pierde por el aire caliente que se esfuga hacia el exterior cuando se abren las puertas, o el aire frío que se filtra en la casa a través de las grietas o aberturas en paredes, ventanas o puertas. Cuando el aire frío entra en contacto con el calentador en una habitación, absorbe el calor y se eleva. El aire frío, al ser pesado, se hunde hasta el piso y se calienta, y así calienta lentamente todo el aire de la habitación. Esto se representa en el siguiente video.

Radiación

La radiación es transferencia de calor a través de ondas electromagnéticas a través del espacio. A diferencia de la convección o conducción, donde la energía de los gases, líquidos y sólidos es transferida por las moléculas con o sin su movimiento físico, la radiación no necesita ningún medio (moléculas o átomos). La energía puede ser transferida por radiación incluso en vacío.

En el siguiente video, la luz solar viaja a la tierra a través del espacio, donde no hay gases, sólidos o líquidos.

Reducción del consumo de energía

Hay dos formas en las que podemos reducir el consumo de energía.

1. La forma más rentable es mejorar el “sobre” de la casa —paredes, ventanas, puertas, techos y pisos que encierran la vivienda— mejorando el aislamiento (pérdidas de conducción) y sellando las fugas de aire con calafateo (pérdidas por convección).
2. La segunda forma de reducir el consumo de energía es mejorando la eficiencia del horno que proporciona el calor.

Pérdida de calor por conducción

La mayor parte del calor se pierde a través de las paredes de una casa por conducción. Como aprendiste de la actividad en la pantalla anterior, la cantidad de pérdida de calor depende de tres factores:

• Tamaño de la casa (área a través de la cual puede escapar el calor)
• Clima local o condiciones climáticas:
  • La temperatura interior suele ser constante a una temperatura cómoda de 65°F.
  • A medida que la temperatura exterior cae por debajo de 65°F, el calor se pierde hacia el exterior.
  • Cuanto mayor sea la diferencia de temperatura, mayor será la pérdida de calor hacia el exterior.
  • Al calcular los Días de Grado de Calefacción (HDD), podemos determinar cuántos grados la temperatura media cayó por debajo de 65ºF para el día.
• La capacidad de Wall para resistir la pérdida de calor.
  • El aislamiento se clasifica en términos de resistencia térmica, llamado valor R, que indica la resistencia al flujo de calor.
  • Cuanto mayor sea el valor R, mayor es la efectividad aislante.