AISLAMIENTO
TÉRMICO
Un aislante térmico es un material
empleado en la industria o construcción gracias a su principal característica
que es la alta resistencia térmica que estos poseen.
Se prevé resistencia al flujo de calor y se reducen pérdidas
en los elementos que integran sistema de vapor como calderas, tuberías,
accesorios, tanques o marmitas
Los motivos por el cual se emplean
aislamientos térmicos son fundamentalmente:
- En
los procesos donde deben evitarse transferencias térmicas que causen
disfunciones durante el proceso por diferencias de temperaturas no aceptables.
- Para
mayor seguridad de las personas y bienes, ya que si no existe un aislamiento
térmico suficiente puede provocar que las temperaturas superficiales externas
pueden ser elevadas y provocar lesiones y accidentes tanto a personas como a
equipos y dispositivos.
- Para
la reducción de pérdidas energéticas limitando la conservación de energía.
- La
disminución de la contaminación ambiental.
Es de conocimiento que al
agregar aislamiento a una pared plana o al ático la resistencia térmica se
incrementa por lo que la transferencia de calor
siempre se disminuye, sin embargo
al agregar aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esférica es un asunto
diferente. El aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción
de la capa de aislamiento pero disminuye la resistencia a la convección de la
superficie debido al incremento en el área exterior. La transferencia de calor
del tubo puede aumentar o disminuir, dependiendo de cuál sea el efecto que
domine.
Los aislantes térmicos pueden tener diferentes composiciones y se emplean según su necesidad o las cualidades que se tengan en consideración.
LOS MATERIALES MÁS COMUNES DE
AISLAMIENTO
Se los puede clasificar según las
siguientes categorías:
- Minerales
celulares o fibrosos: alúmina, asbesto, vidrio, perlita, roca, sílice, escoria
o vermiculita.
- Orgánicos
celulares o fibrosos: caña, algodón, madera y corteza de árboles.
- Plásticos
orgánicos celulares: elastómeros, poliestireno, poliisocianato, polianurato, y
acetato de polivinilo.
- Cementos:
aislamiento y/o acabado.
-
Metales
reflectantes del calor (refractivos): aluminio, níquel, acero inoxidable.
- Formas
disponibles: mantas (fieltro o material fibroso), bloque, cemento, relleno,
hojas y laminas, prensado o poros, flexible, rígido y semirrígido.
El radio crítico de aislamiento es la medida del radio de un aislante
en el que la transferencia de calor es máxima o la resistencia del flujo de
calor es muy baja, por lo que al colocar un material aislante se debe verificar
que el radio externo de este sea mayor al radio critico o
que el radio critico sea menor al radio del
exterior cilindro, para que cumpla debidamente con su propiedad de
aislante.
La razón de la transferencia de calor del tubo aislado
hacia el aire circundante se puede expresar como:
El valor r2 al cual Q alcanza un
máximo se determina a partir del requisito del cual Q/dr2 = 0 , y al derivar
y despejar r2 se obtiene el
radio crítico de aislamiento par aun cuerpo cilíndrico:
Y para un cuerpo esférico:
Estas expresiones quieren decir el
radio critico de aislamiento depende de la conductividad térmica del material
aislante y del coeficiente de transferencia de calor,
h.
Al mantener el radio crítico muy bajo la aplicación del aislamiento nos conviene una reducción y no un aumento en la pérdida de calor por una tubería, para ello se aplica un material de aislamiento de baja conductividad térmica de tal forma que el radio critico será menor que el radio de la tubería.
COSTOS DE
AISLAMIENTOS
El grueso óptimo
de un aislante se puede
determinar por consideraciones puramente económicas. Si un tubo descubierto fuera a conducir un fluido caliente, habría
cierta pérdida de calor por hora cuyo valor podría determinarse del costo de
producir los Btu en la planta generadora. A menor pérdida de calor, mayor
grueso del aislante y mayor costo inicial, y mayores cargos fijos anuales
(mantenimiento y depreciación), los que deben añadirse a la pérdida anual de
calor.
