Se sabe que al
agregar más aislamiento a una pared o al ático siempre disminuye la
transferencia de calor. Entre más grueso sea el aislamiento, más baja es la
razón de la transferencia de calor. Esto es previsible ya que el área A de la
transferencia de calor es constante y agregar aislamiento siempre incrementa la
resistencia térmica de la pared sin incrementar la resistencia a al convección.
Sin embargo agregar aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esférica es
un asunto diferente. El aislamiento adicional incremente la resistencia a la
conducción d 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. La razón dela transferencia de calor del tubo aislado hacia el aire
circundante se puede expresar como
RADIO CRÍTICO PARA CILINDRO
En la figura se tiene la gráfica
de la variación de Q ·con el radio exterior del aislamiento r2. El valor de
r2al cual Q alcanza un máximo se determina a partir del requisito de que
dQ/dr20 (pendiente cero). Al derivar y despejar r2 resulta que el radio crítico
de aislamiento un cuerpo cilíndrico es
Dado que el valor más bajo de h que se encuentra en la práctica es de
alrededor de 5 W/m2· °C, para el caso de convección natural de los gases y que
la conductividad térmica de los materiales aislantes comunes es alrededor de
0.05 W/m · °C, el valor más grande del radio crítico que probablemente se
encuentra es
RADIO CRÍTICO PARA ESFERA
Se puede repetir la discusión antes presentada para una esfera y, de
manera semejante, se puede demostrar que el radio crítico del aislamiento para
una capa esférica es.
GRUESO
ÓPTIMO DEL AISLANTE (COSTOS)
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 perdida anual de calor. Los cargos
fijos en el aislante de la tubería serán de cerca de 15 a 20% del costo inicial
del aislante instalado. Suponiendo cierto número de gruesos de aislante y sumando
los cargos fijos al valor de la pérdida de calor, se obtendrá un costo mínimo y
el grueso correspondiente a él será el grueso óptimo económico del aislante. La
forma de este
Las líneas predominantemente horizontales indicadas en el dibujo, representan planos isotérmicos perpendiculares al plano del dibujo. Consecuentemente, no hay flujo de calor que se deba considerar en la dirección perpendicular al plano del dibujo
APLICACIONES
Los sistemas de
tuberías destinados al transporte de líquidos y gases son una parte integral de
cualquier proceso industrial. Un aislamiento de alto rendimiento en tuberías es
esencial para:
Asegurar la
estabilidad térmica del sistema de transporte del fluido y la seguridad del
proceso
·
Proporcionar aislamiento térmico que mejore la eficiencia energética,
reduciendo las pérdidas de calor y las emisiones de CO2
·
La seguridad, protegiendo al personal de las superficies calientes -
frias
·
Evitar y reducir la corrosión ocasionada por la humedad y la
condensación
·
Reducir los niveles de ruido causados por la turbulencias,
vibraciones...
·
Ofrecer una protección pasiva contra incendios, mejorando la seguridad
de la planta.
TIPOS DE AISLANTES
Todos los materiales oponen resistencia, en mayor o
menor medida al paso del calor a través de ellos. Algunos muy escasa como los
metales, otros una resistencia media como es el caso de los materiales de
construcción (yesos, ladrillos, morteros,…). Aquellos materiales que ofrecen
una resistencia alta se llaman materiales aislantes.
Por lo tanto la definición de aislante térmico es
aquel material usado en la construcción y caracterizado por su alta resistencia
térmica, estableciendo una barrera al paso del calor entre dos medios que
naturalmente tenderían a igualarse en temperatura.
Por esta razón se utilizan como aislamiento térmico
materiales porosos o fibrosos como las lanas minerales (lana de roca o de
vidrio), poliestireno expandido, poliestireno extruido, espuma de poliuretano,
corcho,…
Uno de los documentos del CTE (Código Técnico de
Edificación) especifica el aislamiento mínimo necesario para protegernos de las
oscilaciones térmicas, dependiendo este dato de la zona climática.
Atendiendo al tipo de material con el que se
pretenda aislar podemos distinguir:
Atendiendo al tipo
de material con el que se pretenda aislar podemos distinguir:
- Poliestireno extruido
- Poliestireno expandido
Lanas minerales:
- Lana de roca
- Lana de vidrio
Otros productos:
- Poliuretano
- Paneles sándwich
- Productos ligeros reflectantes
- Eco aislamiento
Conclusión:
- Concluimos que mientras más grueso es el aislamiento, más bajo se transfiere calor. Esto se puede demostrar dado que el área de transferencia de calor es constante, pero mientras vamos poniendo aislamiento, el área va aumentando, por lo tanto aumenta la resistencia térmica de la pared.
- Determinamos que la pérdida total de calor no cambia mucho para los
diferentes valores que sobreponen para
Temperatura.
- En
cuanto a aplicaciones los sistemas de tuberías destinados al transporte de
líquidos y gases son una parte integral de cualquier proceso industrial.
- A menor pérdida de calor, mayor grueso del aislante y mayor costo
inicial, y mayores cargos fijos anuales.
Adjunto mi portafolio virtual para una información más detallada:
http://eduportfolio.org/vues/view/169741
http://eduportfolio.org/vues/view/169741
