AISLAMIENTO EN TUBERÍAS

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