Created by: roberto.c.alfredo on Jul 22, 2025, 3:48 AM
1. ¿Para qué sirve el coeficiente U? 🏠🔥❄️
Cuando hay diferencia de temperatura, se fuga calor. El coeficiente global de transferencia \(U\) responde: ¿cuánto calor por segundo atraviesa esta pared/ventana por cada metro cuadrado y por cada grado de diferencia?
\[ \dot Q = U\,A\,\Delta T . \]
- \(U\) bajo ⇒ buena chamarra térmica. 🧥
- \(U\) alto ⇒ camiseta de red… brrr. 🥶
| Símbolo | Significado | Unidades |
|---|---|---|
| \(U\) | Coeficiente global de transferencia de calor | \(W\,m^{-2}\,K^{-1}\) |
| \(A\) | Área del elemento | \(m^{2}\) |
| \(\Delta T\) | Diferencia de temperatura a través del elemento | K |
Si no viste el bloque “Transferencia de calor”: \(U\) empaqueta conducción + convección superficial (+ radiación si importa) en un número único.
2. De \(R\) a \(U\) y viceversa 🔄
Cada capa ofrece una resistencia térmica \(R\) (cuanto más grande, mejor bloqueo). Para una sola capa homogénea de espesor \(L\) y conductividad \(k\):
\[ R = \frac{L}{k} . \]
Varias capas en serie (incluidas las “películas” de aire interior / exterior con coeficientes \(h_i,\,h_o\)):
\[ R_{\text{tot}} = \frac{1}{h_i} + \sum_j \frac{L_j}{k_j} + \frac{1}{h_o} . \]
El coeficiente global:
\[ U = \frac{1}{R_{\text{tot}}} . \]
Regla mental: \(R\) grande ⇔ \(U\) pequeño. Dobla \(R\) ⇒ mitad de \(U\).
3. Materiales comunes 📊
Valores típicos a temperatura ambiente y seco. (Los reales varían con densidad, humedad, etc.)
| Material | \(k\) \([W\,m^{-1}\,K^{-1}]\) | \(R\) por \(1\,cm\) \([m^{2}\,K\,W^{-1}]\) |
|---|---|---|
| Espuma poliuretano cerrada | \(0{,}025\) | \(0{,}40\) |
| Lana mineral | \(0{,}045\) | \(0{,}22\) |
| Madera (pino) | \(0{,}12\) | \(0{,}083\) |
| Vidrio | \(1{,}0\) | \(0{,}010\) |
| Aluminio | \(205\) | \(5\times10^{-5}\) |
Aire quieto ya aísla decentemente; metales son autopistas térmicas. 🚗💨
4. Muro en capas: ejemplo exprés 🧱
Supón (interior→exterior): yeso \(1{,}3\,cm\), lana mineral \(5\,cm\), ladrillo \(10\,cm\), película aire ext. Usa valores \(k\) de la tabla y \(h_i = 8\,W\,m^{-2}\,K^{-1}\), \(h_o = 25\,W\,m^{-2}\,K^{-1}\).
- Calcula cada \(R_j = L_j/k_j\).
- Suma películas: \(1/h_i\), \(1/h_o\).
- Inversa para \(U\).
Resultado típico: \(U \approx 0{,}4\,W\,m^{-2}\,K^{-1}\). Sin la lana (¡ouch!) \(U\sim1{,}4\).
5. Puentes térmicos 🌉
Un tornillo de acero atravesando tu súper muro crea un atajo de baja resistencia. El \(U\) “efectivo” del conjunto sube.
Estrategias anti-puente:
- Separadores plásticos / “thermal breaks”.
- Tornillería escalonada (no recta).
- Capas continuas de aislamiento exterior.
6. Aislamiento extremo: vacío & MLI 🚀
En el espacio no hay convección; quedan conducción estructural + radiación. Las mantas MLI (Multi-Layer Insulation: Mylar metalizado + separadores y vacío) logran \(U \lesssim 10^{-3}\,W\,m^{-2}\,K^{-1}\).
El escudo solar de JWST mantiene instrumentos a \(\sim40\,K\) mientras la cara “soleada” está >\(300\,K\). 🔥⇄❄️
7. Humedad: el villano invisible 💧
Cuando el aislante se moja, su \(k\) se dispara y el \(R\) efectivo cae.
\[ k_{\text{húmedo}} \gtrsim 10\times k_{\text{seco}} \quad \text{(orden de magnitud en algunas espumas).} \]
Buenas prácticas: barrera de vapor del lado caliente, ventilación hacia afuera, drenajes.
8. Ventanas & vidrios dobles 🪟
El vidrio conduce; la cámara de aire/gas agrega \(R\). U-factors típicos:
| Tipo de ventana | \(U\) \([W\,m^{-2}\,K^{-1}]\) |
|---|---|
| Vidrio simple | \(5{,}5\) |
| Doble vidrio (aire) | \(2{,}8\) |
| Doble bajo-e + argón | \(1{,}4\) |
| Triple bajo-e + argón/cripton | \(1{,}0\) (o menos) |
Cálculo: Área 3\,m\(^2\), \(\Delta T=20\,K\).
- Doble viejo: \(\dot Q = 2{,}8\times3\times20 \approx 168\,W\).
- Triple moderno: \(1{,}0\times3\times20 = 60\,W\). Ahorro ≈ 2/3. 💰
9. Malentendidos frecuentes ❌
- “Pared gruesa = buen aislante” → solo si \(k\) bajo; concreto gordito aún tiene \(U\) alto.
- “Pintar de blanco baja \(U\)” → blanco baja ganancia solar (radiación), pero \(U\) = conducción+películas.
- “Vacío perfecto = cero pérdidas” → radiación siempre pasa (ver \(\sigma\varepsilon T^{4}\)).
- “Mi casa está sellada, ya no se escapa calor” → filtra aire o revienta humedad; balancea aislamiento con ventilación controlada.
10. Conclusión & próximos pasos 🚦
Controlar \(U\) y \(R\) = controlar tu factura energética y el confort térmico. Misma física para casas pasivas, termos de café, tanques criogénicos y sondas espaciales.
← Transferencia de calor — Los tres caminos del calor.
→ Ventilación con recuperación — Respirar sin derrochar energía.