masa térmica

En el diseño de edificios, la masa térmica es una propiedad de la materia de un edificio que requiere un flujo de calor para que cambie de temperatura.

_{No todos los autores coinciden en qué propiedad física de la materia describe la} "masa térmica". La mayoría la utiliza como sinónimo de capacidad calorífica , es decir, la capacidad de un cuerpo para almacenar energía térmica . Generalmente se representa con el símbolo Cth y su unidad en el Sistema Internacional es J/K o J/°C (que son equivalentes).

Porque:

• Christoph Reinhart del MIT describe la masa térmica como su volumen multiplicado por su capacidad calorífica volumétrica . ^{[ 1 ]}

• Randa Ghattas, Franz-Joseph Ulm y Alison Ledwith, también del MIT, escriben que "[la masa térmica] depende de la relación entre la capacidad calorífica específica, la densidad, el espesor y la conductividad de un material" ^{[ 2 ]} aunque no proporcionan una unidad, describiendo los materiales solo como de masa térmica "baja" o "alta".
• Chris Reardon equipara la masa térmica con la capacidad calorífica volumétrica. ^{[ 3 ]}

La falta de una definición consistente de lo que describe la masa térmica como propiedad de la materia ha llevado a algunos autores a descartar su uso en el diseño de edificios como pseudociencia . ^{[ 4 ] [ 5 ] [ 6 ]}

La ecuación que relaciona la energía térmica con la masa térmica es:

${\displaystyle Q=C_{\mathrm {th} }\Delta T\,}$

donde Q es la energía térmica transferida, Cth _es la masa térmica del cuerpo y ΔT es el cambio de temperatura.

Por ejemplo, si  se añaden 250 J de energía térmica a un engranaje de cobre con una masa térmica de 38,46  J/°C, su temperatura aumentará 6,50  °C. Si el cuerpo está compuesto de un material homogéneo con propiedades físicas suficientemente conocidas, la masa térmica es simplemente la masa del material presente multiplicada por su capacidad calorífica específica. Para cuerpos formados por muchos materiales, se puede utilizar la suma de las capacidades caloríficas de sus componentes puros en el cálculo, o en algunos casos (como en el caso de un animal entero, por ejemplo) se puede medir directamente el valor para todo el cuerpo en cuestión.

Como propiedad extensiva , la capacidad calorífica es característica de un objeto; su propiedad intensiva correspondiente es la capacidad calorífica específica, expresada en términos de una medida de la cantidad de material, como la masa o el número de moles, que debe multiplicarse por unidades similares para obtener la capacidad calorífica de todo el cuerpo de material. Así, la capacidad calorífica puede calcularse equivalentemente como el producto de la masa m del cuerpo y la capacidad calorífica específica c del material, o el producto del número de moles de moléculas presentes n y la capacidad calorífica específica molar.${\displaystyle {\bar {c}}}$Para un análisis de por qué varían las capacidades de almacenamiento de energía térmica de las sustancias puras, consulte los factores que afectan la capacidad calorífica específica .

Para un cuerpo de composición uniforme,${\displaystyle C_{\mathrm {th} }}$puede aproximarse mediante

${\displaystyle C_{\mathrm {th} }=mc_{\mathrm {p} }}$

dónde${\displaystyle m}$es la masa del cuerpo y${\displaystyle c_{\mathrm {p} }}$es la capacidad calorífica específica isobárica del material, promediada en el rango de temperatura en cuestión. Para cuerpos compuestos por numerosos materiales diferentes, las masas térmicas de los distintos componentes simplemente se suman.

Christoph Reinhard describe el impacto de la capacidad calorífica de esta manera: ^{[ 7 ]}

• Si la variación de la temperatura exterior durante el día oscila con frecuencia alrededor de una temperatura deseada (punto de equilibrio), añadir masa térmica puede aumentar las horas de confort en un intervalo de tiempo determinado.
• La masa térmica puede suponer un inconveniente para mantener un espacio confortable, por ejemplo, cuando solo se utiliza de forma intermitente.
• La masa térmica no tiene prácticamente ningún efecto si la dirección del flujo de calor a través de la envolvente del edificio se mantiene constante durante períodos prolongados.

La capacidad calorífica no se suele calcular en la ingeniería de edificios. En Estados Unidos y Canadá, los códigos de construcción nacionales y la mayoría de las jurisdicciones estatales y locales exigen que los equipos de calefacción y refrigeración se dimensionen de acuerdo con el Manual J ^{[ 8 ]} de la Asociación de Contratistas de Aire Acondicionado de América . El proceso del Manual J utiliza mediciones detalladas de las dimensiones, la construcción, el aislamiento, la hermeticidad, las características y la ocupación del edificio, pero no tiene en cuenta la capacidad calorífica. En el proceso del Manual J se presupone cierta capacidad calorífica; los equipos dimensionados según el Manual J se dimensionan para mantener el confort en el primer percentil de temperatura para calefacción y en el percentil 99 para refrigeración. El proceso presupone que el edificio tiene suficiente capacidad calorífica para mantener el confort durante breves desviaciones fuera de esos extremos.

• capacidad calorífica específica
• Almacenamiento de energía térmica
• inercia térmica