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.