Materiales Para Aislamiento térmico

MATERIALES PARA AISLAMIENTO TÉRMICO

1. INTRODUCCIÓN

El aislamiento térmico es el método con el cual tratamos de aislar térmicamente una superficie reduciendo la transferencia de calor hacia o desde el ambiente mediante el uso de materiales aislantes o de baja conductividad térmica, es decir, puede ser utilizado según nuestro interés para evitar que el calor salga de un ambiente o entren en él.

Los objetivos principales del uso de llevar a cabo un aislamiento térmico son:

• Minimizar las pérdidas de energía por transferencia de calor hacia o desde el

ambiente

• Proteger al personal y bienes

• Proteger el ambiente

Ahora definiremos lo que es un material aislante el cual se utiliza para llevar a cabo este hecho.

Es aquel material que tiene la propiedad de impedir la transmisión de calor y que se caracteriza principalmente por su resistividad térmica. Su poder radica en su baja densidad por tener celdilla con aire seco, si dichas celdillas entran en contacto con el agua, es decir, se humedecen, pierden su propiedad aislante ya que en ese caso pasaran a ser mas pesados, densos y conductores.

Para la elección de un material aislante debemos tener en cuenta distintos parámetros de medida, mediante los cuales podemos saber el comportamiento del material y por lo tanto, cual se aproxima más a nuestras necesidades :

-Coeficiente de conductividad térmica

El coeficiente de conductividad térmica (λ) de un material cualquiera es la cantidad de calorías que pasan durante una hora por un metro cuadrado de un muro de 1 metro de espesor constituido por dicho material, cuando la diferencia de temperatura entre ambas cara del muro es de 1 grado centígrado . Así pues el coeficiente conductividad térmica determina el poder de transmisión del calor, a través de un cuerpo.

La perdida de calorías es proporcional al coeficiente λ, y por ello los materiales aislantes deben tener este coeficiente tan pequeño como sea posible. Este coeficiente suele medirse en W/mK o Kcal/h.m.ºC

Y un material comienza a considerarse aislante térmico cuando su valor de “λ” es menor a 0,1 W/mK. A continuación indicamos en la tabla el coeficiente de conductividad térmica de algunos materiales usados como aislantes térmicos.

-Coeficiente de transmisión de calor:

Es el valor físico del flujo calórico transmitido por un elemento constructivo, considerando su espesor total y de sus componentes, los componentes constituyentes (por ende

los valores “λ” de cada uno de ellos), su situación constructiva y su ubicación en la edificación. Su unidad es:“W/m2K”. Su denominación internacional es el “U”. El valor de “K” deja reconocer inmediatamente si un elemento constructivo deja fluir el calor o no desde el interior al exterior en invierno y viceversa en verano

-Resistividad térmica

Es la inversa de la conductividad térmica, es decir diferencia t temperaturas necesarias para que se produzca un traspaso de calor por unidad de tiempo a través de un material se representa con la letra “r” y se mide en (m h ºC/Kcal)

r = 1/ λ

Independientemente de los coeficientes nombrados anteriormente, también debemos tener en cuenta otros factores para la elección de un aislante térmico como pueden ser:

• Las contracciones y dilataciones del aislante.

• Su resistencia al fuego.

• La acción de disolventes y agentes atmosféricos.

• Las solicitaciones mecánicas.

• Máxima temperatura de empleo.

2. FORMAS DE TRANSMISION DE CALOR

2.1. CONDUCCIÓN:

Es la transmisión de calor por un cuerpo sin desplazamiento de sus moléculas.

En un sólido cada átomo dispone de una posición determinada y cada uno de ellos vibra con una intensidad reflejo de la energía calorífica de que dispone.

Si un átomo vibra mas intensamente que su átomo vecino como consecuencia de los impactos moleculares, cederá parte de ese movimiento al adyacente, intentando de esta forma que ambos se muevan al unísono.

Esta transferencia de movimiento lleva implícito una transferencia de calor sin que en ningún momento haya habido transferencia de masa.

Un paso típico es el calentamiento de una varilla metálica por uno de sus extremos.

La energía calorífica va transmitiéndose por contacto de molécula a molécula desde el extremo caliente al frío.

q = (Tsi - Tse).k

d

q = flujo de calor por conducción

Tsi = temperatura interna

Tse = temperatura externa

k = Conductividad térmica del material.

d = Espesor del material.

2.2. CONVECCIÓN:

Es la transmisión de calor por un cuerpo con desplazamiento de las moléculas.

En este caso el calor fluye del emisor calentando el aire ambiente y, a medida que prosigue este calentamiento, disminuye el peso especifico del mismo, haciéndose más ligero y ascendiendo. El natural empuje ascendente del aire origina un movimiento lento del mismo, calentando el local de manera uniforme.

Este tipo de transmisión de calor se produce como consecuencia del movimiento de masa que experimentan los fluidos. Este movimiento puede ser realizado mediante métodos mecánicos externos (bombas, ventiladores, etc.) o bien como resultado de la diferencia de densidades que se produce en el fluido como consecuencia del aporte calorífico al cual esta sometido.

En este caso se habla convección forzada, otro es cuando no existe una ayuda para aumentar el movimiento del fluido, se hablara de convección libre.

Este tipo de transmisión de calor requiere siempre la existencia de masa. En el vacío no existe transmisión de calor por convección.

Para la determinación de este factor se utiliza la siguiente expresión:

h = hr + hcv

donde:

h = Coeficiente superficial de transmisión de calor.

hr = Parte radiactiva del coeficiente superficial. Depende de la temperatura, del acabado superficial y de su emisividad.

hcv = Parte convectiva del coeficiente superficial. Depende de la velocidad del aire, la

orientación de la superficie, el tipo de material, la diferencia de temperatura,

etc.

2.3.RADIACIÓN:

Entendemos por radiación térmica aquella radiación electromagnética que se produce en la superficie de los cuerpos como consecuencia de la excitación térmica a la que son sometidos.

Esta radiación es emitida en todas direcciones a la velocidad de la luz sin que exista necesidad de medio alguno de transporte. La radiación se produce incluso a través del vacío.

La intensidad a la que se produce esta transferencia de calor depende fundamentalmente de la temperatura a la que se halle el cuerpo emisor y la naturaleza de las caras del cuerpo.

Cuando esta radiación alcanza a otro cuerpo, esta energía puede ser reflejada, transmitida o absorbida por este. Un cuerpo que sea buen radiador absorberá también con facilidad las radiaciones térmicas que reciba: un mal radiador es así mismo, un mal receptor de calor por radiación.

Diríamos que radiación es la transmisión de calor sin contacto de los cuerpos transmitido por ondas o radiaciones.

Al igual que para la convección, se puede usar la misma expresión:

h = hr + hcv

donde:

h = Coeficiente superficial de transmisión de calor.

hr = Parte radiactiva del coef. superficial. Depende de la temperatura, del acabado superficial y de su emisividad.

hcv = Parte convectiva del coef. superficial. Depende de la velocidad del aire, la

orientación de la superficie, el tipo de material, la diferencia de temperatura,

etc.

3.FENÓMENOS RELACIONADOS CON LA TRANSMISION DE ENERGIA CALORIFICA

REFLEXIÓN: es la porción de radiación que rebota del material, sin cambiar la temperatura de este. La parte de la radiación reflejada, lo hace en la misma longitud de onda que la radiación incidente.

ABSORCIÓN: es la porción de radiación que penetrará en el material y hará subir su temperatura.

EMISIÓN: es la reirradiación de la energía absorbida. Funciona en el sentido inverso a la absorción y numéricamente son iguales, pues se reirradia lo que se absorbe.

TRANSMISIÓN: es el paso de la radiación de cierta longitud de onda a través de los cuerpos transparentes. Es nula en los cuerpos opacos.

Dentro del rango del aislamiento térmico hay diferentes campos de aplicación como pueden ser:

-Recubrimiento de calderas

-Revestimiento de tuberías

-Aislamiento de tanques y depósitos de almacenamiento

-Aislamiento de elementos de maquinas que trabajan

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