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Conoce todo sobre las propiedades térmicas de la madera
La madera es uno de los materiales que más propiedades posee: por su condición higroscópica y su contenido de agua dentro de su composición, las propiedades térmicas están presentes en ella. Pero ¿qué son las propiedades térmicas en la madera?
Cuando se habla de propiedades térmicas se refiere a la capacidad o formas que tiene la madera de reaccionar ante el frío, el calor o cualquier sensación térmica a la que sea sometida o expuesta.
CLASES DE PROPIEDADES TÉRMICAS
Las propiedades térmicas más importantes de la madera son cuatro: la conductividad térmica, el calor específico, la difusión térmica y el coeficiente de expansión térmica. Todas ellas miden el grado o la rapidez a la que reacciona la madera ante las condiciones térmicas que posee a su alrededor o que le son aplicadas.
Para poder elegir la madera correcta con la cual se desea trabajar, se deben conocer estos atributos, para evitar que se presenten inconvenientes durante el trabajo y, como consecuencia, no se logre el resultado deseado. Continúa leyendo, en este artículo detallamos todo lo que se necesita saber sobre estas propiedades térmicas.
Conductividad térmica
Cuando se habla sobre la conductividad térmica, se refiere a la medida de la proporción de calor que fluye a través de la unidad de espesor de un material que es sometido a un gradiente de temperatura, ya sea frío o caliente.
En el caso de la madera, la conductividad térmica es significativamente menor a la de los metales con los cuales se les asocia en construcción. Y entre dos y cuatro veces menor que la conductividad térmica de materiales comúnmente inusuales como el vidrio o el yeso.
Un ejemplo claro de esto es que la conductividad térmica de una madera suave es de 0.75 unidades térmicas británicas, mientras que la del aluminio es de 1500, la del acero es de 310, la del vidrio es de 7, la del concreto es de 6 y la del yeso es de 5. Como se denota, la conductividad térmica de la madera es mucho menor que los materiales mencionados.
La conductividad térmica se ve afectada por siete factores básicos:
- La densidad
- Contenido de humedad
- Contenido extractivo,
- La dirección del grano
- Estructuras irregulares (por ejemplo, los nudos)
- El ángulo de la fibra
- La temperatura.
Si disminuye el contenido de humedad, la temperatura, el contenido extractivo o la densidad, la conductividad térmica aumentará.
Sin embargo, cuando el contenido de humedad se encuentra por debajo de 25%, existe una fórmula para calcular la conductividad térmica de la madera:
k = G (B + CM) + A
Donde k es la conductividad térmica en Btu, G es la gravedad específica del contenido de humedad y el peso de la madera seca, M es el contenido de humedad en porcentaje y A, B y C son constantes.
Calor específico
Esta propiedad térmica se refiere a la cantidad de energía necesaria para incrementar una unidad de masa y una unidad de temperatura. En el caso de la madera, dependerá del contenido de humedad y la temperatura que esta posea; sin embargo, es una propiedad que es prácticamente independiente de la densidad.
El calor específico de la madera seca es aproximadamente relativo a la temperatura. Cuando la madera tiene agua, el calor específico aumenta pues el calor específico del agua es mayor que es de la madera seca.
Para calcular el calor específico de la madera, se debe utilizar la fórmula:
Calor específico = (m + co) / (1 + m) + A
Donde m es el contenido de humedad de la madera, co es el calor específico de la madera seca, A es el calor específico que se obtiene de la unión del agua y la madera.
Coeficiente de expansión térmica
El coeficiente de expansión térmica es la medida del cambio en las dimensiones causado por el cambio de temperatura. Cuando la madera está totalmente seca, el coeficiente de expansión es positivo: Ante el calor, la madera se expande; ante el frío, la madera se contrae.
El coeficiente de expansión térmica a través del grano es proporcional al calor específico de la madera. Estos coeficientes se consideran de 5 a 10 veces mayores que los coeficientes paralelos al grano. Esta propiedad térmica de la madera se considera independiente de las temperaturas que van por encima de entre 51.1°C y 54.4°C, es decir, -60°F y 130°F.
La madera que contiene humedad reacciona diferente a la variación de temperatura que la madera seca. Cuando la madera húmeda es calentada, tiende a expandirse por la normal de expansión térmica, mientras que se contrae debido a la pérdida del contenido de humedad.
A menos que la madera esté muy seca, la contracción causada por el contenido de humedad por calor será mayor que la expansión térmica, trayendo como consecuencia que el cambio dimensional sea negativo.
Top 5 de propiedades térmicas en maderas
Ahora que ya conoces de qué se trata cada una de las propiedades térmicas de la madera, te preguntarás cuáles son los parámetros adecuados para cada madera. No se mostrarán todos, pero sí tenemos el top 5 de las propiedades térmicas que se consideran más comunes e ideales.
Conductividad térmica
En el caso de esta propiedad térmica, se divide de acuerdo con la madera suave y la madera dura. Para este último, el álamo, dependiendo de su tipo, posee una conductividad térmica entre 0.41 y 0.40, siendo uno de los que posee menor conductividad.
La madera que mayor conductividad térmica posee es el la nuez dura entre 0.78 y 0.77. Le sigue el roble blanco con 0.72, el abedul dulce con 0.71 y, por último, en el top 5, el haya americano con 0.68 de conductividad.
Para las maderas suaves, se encuentra el alerce occidental con 0.56, el pino con 0.54, el abeto del oeste con 0.52, el abeto de las costas con 0.51 y el abeto del norte con 0.50.
Calor específico
Para el calor específico, existen cinco medidas ideales para que se denote el cambio en la madera. Estos son cuando k es igual a 280 (7°C), 290 (17°C), 300 (27°C), 320 (47°C) y 340 (67°).