• Author / Uploaded
• Anonymous goBUaW

Citation preview

I.

INTRODUCCIÓN

Desde siempre, el hombre ha tenido constancia de los efectos del calor: dilatación, fusión, ebullición, y también las acciones inversas del frío: retracción, solidificación, licuefacción, no habiendo conocido las leyes hasta una época reciente.

Desde entonces, también ha tratado de aprovechar en un máximo, ya sea el calor o el frío dependiendo de su conveniencia. Entonces ha ideado diferentes técnicas para la aislación de éstos, que no permiten en un gran porcentaje el intercambio de temperatura entre dos ambientes.

En este informe generalizaremos los diferentes materiales aislantes y refractarios así como el cálculo del espesor óptimo teniendo en cuenta diferentes medios.

Los materiales aislantes tienen como fin, un propósito ecológico ya que los mismos son los que impiden el calentamiento de un material, y de igual forma hacen que la durabilidad de los materiales sea más prolongada.

1

II.

OBJETIVOS

OBJETIVO GENERAL



Reconocer las distintas formas de aislamiento térmico industrial.

OBJETIVO ESPECIFICO 

Explicar y dar a conocer la importancia del aislamiento térmico en la industria.



Describir y analizar los distintos tipos de aislantes térmicos existentes en la industria.



Calcular el espesor óptimo necesario para las diferentes formas de equipos e instalaciones industriales.

2

III.

HIPÓTESIS

HIPÓTESIS GENERAL



Mis compañeros de clase aprendieron las distan formas de aislamiento térmico en la industria.

HIPÓTESIS ESPECÍFICA



Mis compañeros aprendieron la gran importancia de los aislantes en la industria sobre todo para la disminución de costes.



Mis compañeros aprendieron los diferentes usos de aislantes en la industria y su principal utilización.



Mis compañeros entendieron la manera correcta para calcular el espesor óptimo de un material aislante.

3

IV.

AISLAMIENTO TÉRMICO

4.1.DEFINICIÓN DE AISLAMIENTO TERMICO Aislamiento térmico es el conjunto de materiales y técnicas de instalación que se aplican a un elemento o a un espacio calientes para minimizar la transmisión de calor hacia otros elementos o espacios no convenientes. También se aplica a la acción y efecto de aislar térmicamente. Pérdidas de calor a través de las ventanas y de los puentes térmicos de la estructura Existen muchas situaciones en las que es conveniente reducir el flujo de calor en una dirección determinada. El caso más común es el aislamiento de edificios para minimizar las pérdidas de calor en invierno y las ganancias en verano, aunque existen otros muchos como; el aislamiento de cámaras frigoríficas, de tuberías de distribución de líquidos calientes o fríos, de hornos y calderas y en general de todos aquellos aparatos, elementos o espacios, en los que se utiliza energía y en los que se necesita mejorar la eficiencia en su consumo.

4.2.VENTAJAS DEL AISLAMIENTO TÉRMICO Con un apropiado aislamiento término que le permitirá aumentar la seguridad del ambiente de trabajo y un ahorro considerable de los recursos energéticos, incrementando las ganancias mensuales. Las razones para la utilización del aislamiento térmico son; fundamentalmente: a) Necesidades del proceso, ya que deben evitarse transferencias térmicas que disfunción en el proceso por diferencias de temperaturas admisibles. b) Seguridad de las personas y bienes. Si no existe aislamiento térmico suficiente, las temperaturas superficiales externas pueden ser elevadas y provocar lesiones y accidentes en las personas. En el límite, producir efectos de combustión e incendio en materiales combustibles próximos a estas superficies. c) Reducción de las pérdidas energéticas: de tal modo que están lleguen a ser un 2-3% de las pérdidas energéticas sin aislamiento. d) Reducción de la contaminación ambiental. La mayor parte de la energía que se utiliza en los procesos térmicos procede de la transformación de un combustible por reacción exotérmica del mismo con el oxígeno ambiental. e) Reducción del ruido y la vibración. 4

f) Prevención de la condensación y la corrosión. g) Mantener la eficiencia del sistema. El sistema de aislamiento está conformado por varios elementos que aseguran obtener el máximo beneficio. El sistema está constituido por: 1. Materiales aislantes - refractorios 2. Materiales de sujeción 3. Recubrimiento 4. Enchaquetado 5. Barreras de vapor (en caso de aislamiento en frio). 4.3. MATERIALES AISLANTES Los materiales aislantes térmicos son productos naturales (minerales, vegetales) o sintéticos, que presentan una elevada resistencia al paso del calor reduciendo la transferencia de éste a su través. Los aislantes térmicos son ampliamente utilizados en la industria metalúrgica, en la industria aeronáutica, en la industria energética y en la construcción. 4.3.1. PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS Las funciones y características que debe cumplir un material aislante térmicamente son: FUNCIONES 



CARACTERÍSTICAS 

Ahorro en la utilización de energía al aumentar la resistencia térmica de la envolvente. Mejora del confort térmico.



Contienen en su interior aire o algún gas seco encapsulado, en estado inerte y quieto. Poseen baja conductividad térmica.

El DB HE-1 del Código Técnico de la Edificación establece que los productos para los muros y la parte ciega de las cubiertas se definen mediante las siguientes propiedades higrométricas:

5

a) Conductividad térmica λ (W/mK). Es una característica intrínseca de cada material que no tiene un valor fijo, sino que éste depende de varios factores, tales como la temperatura, la densidad, la humedad, y el deterioro o envejecimiento del material. b) Factor de resistencia a la difusión del vapor de agua μ. Debe ser tenido en cuenta especialmente en los aislamientos que pretenden preservar una superficie fría; si el aislamiento permite que la humedad del aire se ponga en contacto con la superficie fría, ésta se irá condensando y mojando todo el aislamiento, creando problemas de pérdidas de capacidad de aislamiento, superficies mojadas, e incluso problemas higiénicos y de mohos. c) Resistencia térmica (R) Se define como el cociente entre el espesor y la conductividad térmica del producto. Esta propiedad es característica de cada producto (tipo de material y espesor) y cuanto mayor sea el valor de la resistencia térmica mayor es la capacidad aislante del producto. Algunas de las aplicaciones de los distintos tipos de materiales aislantes utilizados en la edificación son: 

Aislantes cerámicos: recubrimiento para todo tipo de hornos, cámaras, calderas, puertas industriales, paredes, techos, conductos, chimeneas, barrera contra incendio y como recubrimiento secundario sobre el refractario para mejorar su eficiencia térmica.



Lana de roca: excelente aislamiento térmico a altas temperaturas, se aplica en tuberías de fluidos muy calientes, tubos de humos de combustión, protección de elementos constructivos para el fuego, aislamiento acústico en construcción y aislamiento térmico.



Lana de vidrio: Excelente aislamiento térmico a medias temperaturas; se aplica en tuberías de fluidos calientes, aislamiento acústico, en construcción de viviendas e industriales como aislamiento térmico. Se coloca en falsos techos, cámaras de aire, tuberías, cubiertas, etc.



Espuma elastomérica: excelente aislamiento térmico a medias temperaturas y bajas; se aplica en tuberías de fluidos calientes y fríos, necesita protección exterior contra los rayos ultravioletas; fácil de instalar, se suministra en forma de coquillas y planchas. 6



Espuma de polietileno: Aplicación en aislamiento de tuberías de calefacción e hidrosanitaria. Evita en gran medida los ruidos y vibraciones de las instalaciones.



Espuma de poliuretano: Aplicado in situ tiene aplicaciones de aislamientos de cámaras de aire en la edificación, etc.



Poliestireno expandido: Es usado en forma de placas en edificación para la construcción de cámaras de aire, falsos techos, panel sándwich fabricados in situ o en fábrica, etc.



Poliestireno extruido: Recomendado especialmente en casos de humedad extrema y donde hay congelamiento. Usos más comunes: en techos, lámina,

Los aislamientos son fabricados en una variedad de formas de acuerdo a las aplicaciones y funciones específicas que se requieran. Las formas más usadas son:    

Láminas rígidas, placas y preformados Láminas flexibles y mantas Espumas Coquillas

El uso de materiales aislantes se encuentra dentro de un rango de temperatura desde los -73°C hasta los 815°C.en el caso que las temperaturas se encuentren fuera de este rango, se aplicará otro tipo de recubrimiento en las distintas superficies, en los procesos menores a -73°C se emplean criogénicos y para los mayores a 815°C se utilizan materiales refractarios. Dependiendo del rango de temperatura se clasifica en:   

Baja temperatura (-73°C a 16°C) Temperatura intermedia (16 a 315 °C) Alta temperatura (315 a 815 °C)

4.4.MATERIALES REFRACTORIOS Materiales capaces de resistir temperaturas elevadas conservando al mismo tiempo buenas propiedades operativas frente a las solicitaciones presentes en hornos y reactores industriales. A partir de esta definición de puede dar una definición tecnológica como sigue: “Todo material capaz de soportar, a temperaturas elevadas, las condiciones del medio en que está inmerso, durante un periodo de tiempo económicamente rentable, sin deterioro excesivo de sus propiedades fisicoquímicas.”

7

Los materiales refractarios contienen una proporción variable de cristales y productos amorfos, y la conductividad térmica depende de las proporciones respectivas de estos productos. Decrece con la temperatura, cuando hay una predominada de productos cristalinos, y crece, cuando la proporción de materiales amorfos es considerable.

4.4.1. Características estructurales de los materiales refractarios Los materiales refractarios son materiales polifásicos y heterogéneos, tanto desde el punto de vista de su composición química como de su estructura física. Así, estructuralmente los materiales refractarios conformados presentan tres fases perfectamente definidas:   

Constituyente disperso, generalmente formado por óxidos simples o compuestos. Constituyente matriz, generalmente formado por materiales complejos de naturaleza cristalina o vítrea. Porosidad (Macro y microporosidad)

Basándose en su constitución estructural se puede dar una nueva definición de material refractario como sigue agregados de cristales o granos cementados por una matriz cristalina o vítrea, con un cierto grado de porosidad.

Figura 1. Microestructura de un material refractario

8

4.4.2. Clasificación de los materiales refractarios No existe un criterio único de clasificación de los materiales refractarios entre ellos tenemos: a) Composición química. Está basada en el contenido del compuesto principal (Sílice, alúmina, magnesia, etc.)    

Refractarios de sílice (% de SiO2 entre el 94 y el 97 %). Refractarios de semi-sílice (% de A12O3 < 10 %, resto SiO2 hasta un máximo del 94 %). Refractarios silico-aluminosos (Si presentan contenidos de A1203 comprendidos entre el 10 y el 30 %, siendo el resto fundamentalmente SiO2). Refractarios aluminosos (Si presentan contenidos de Al2O3 comprendidos entre el 30 y el 45 %, siendo el resto fundamentalmente SiO2).

b) Propiedades ácido-base (Carácter químico)  Refractarios ácidos: Refractarios de sílice, de semi-sílice, silico-aluminosos, de carburo de silicio, de circonia y de silicato de circonio.  Refractarios básicos: Refractarios de magnesia, de dolomía sinterizada , magnesia – cromo y de forsterita .  Refractarios neutros: Refractarios de carbono, de cromita y de cromo magnesia. 4.5.AISLAMIENTO TERMICO DE TUBERIAS Aislamiento térmico de tuberías (en general de sección circular) o conductos (sección cuadrada o rectangular) para transporte de fluidos en general líquido, gas o vapor. a) Aislamiento en forma de coquillas: el corte practicado longitudinalmente en la generatriz, facilita la colocación de las coquillas, asegurando su fijación con una lazada de alambre de acero dulce galvanizado. A partir de una temperatura superior a 200°C, el aislamiento debe colocarse en dos o más capas a “cubrejuntas”, bien utilizando dos coquillas o una o más mantas.

9

b) Aislamiento en forma de fieltros o mantas: se corta la manta en una dimensión igual a “diámetro de la tubería + doble espesor de la manta” y se coloca sobre la tubería, “cosiendo” los bordes por la malla, con alambre de acero dulce galvanizado. Para tuberías con diámetro superior a 250 mm, debe reforzarse la fijación de la manta mediante lazadas de alambre con sistemas de tensado. c) Bridas y válvulas: para el aislamiento de bridas y válvulas, se utiliza un encapsulado desmontable dividido en dos mitades, construido con chapa de aluminio de 0,8 mm. Y perfiles en U de refuerzo de acero galvanizado o aluminio, revistiéndolo por la cara interior con manta la cual se fija mediante piezas en Z y pletinas. En las juntas transversales y longitudinales se intercala un fieltro de lana cerámica, ambas piezas del encapsulado, se fijan mediante cuatro cierres de presión.

d) Codos: cuando se trate de tuberías aisladas con coquillas de mineral, los codos se calorifugarán cortando las coquillas en segmentos ajustables y afianzando cada segmento mediante una lanzada de alambre.

10

4.6. PROCESO DE INSTALACIÓN Luego de la instalación del aislamiento que mejor se ajuste a las condiciones de trabajo se pasa al enchaquetado. Enchaquetado: Son elementos de protección al sistema, que se colocan luego de la instalación del aislamiento y su función es proteger al material aislante de abuso mecánico, amenazas de fuego y aislarlo contra la exposición de climas húmedos, así como también líquidos o gases. Otra de sus funciones es aumentar o reducir la emisividad de la superficie, según se solicite. Generalmente, estas chaquetas están conformadas por materiales metálicos. Sin embargo, también existen ciertas aplicaciones donde se emplean materiales plásticos. Los materiales utilizados para la construcción son:  Aluminio: fue el primer material usado para hacer chaquetas; es de muy bajo costo y fácil maniobrabilidad, opone poca resistencia mecánica al fuego debido que se funde a 650 °C.  Acero electro-galvanizado: acero químicamente tratado por ambas caras, posee excelente resistencia mecánica y química.  Acero inoxidable: es el material que ofrece mayor resistencia a las diferentes adversidades (abuso mecánico, corrosión, fuego y ambiente). Es de elevado costo por su fabricación.  PVC: es un material muy versátil debido a que combina flexibilidad, resistencia mecánica, resistencia al ataque químico y sirve de retardarte al fuego Sujeción: Los equipos de sujeción son el conjunto de dispositivos y accesorios que se utilizan para fijar y mantener el sistema de aislamiento sobre máquinas, tanques y tuberías. Éstos pueden ser de dos tipos: permanentes o removibles. Los dispositivos de sujeción del aislamiento y enchaquetado 

Tornillos 11

    

Remaches Aros de acero Alambre Resortes (expansión y contracción) Grapas

Recubrimiento: Los recubrimientos son material es que se aplican o depositan sobre la superficie de u objeto para formar una capa o película, los cuales servirán como protección contra las diversas condiciones a las cuales se encuentra expuesto. Los recubrimientos son aplicados mediante procesos en forma de líquidos, gases o sólidos. Las funciones que estos materiales pueden cumplir son diversas, bien sea proteger o aumentar la resistencia contra condiciones ambientales (agua, humedad, vapor, corrosión), cambiar las propiedades de la superficie (propiedades para reflejar, emitir o absorber), como también motivos decorativos. Barreras de vapor: Las barreras de vapor conocidas también como retardadores de vapor de agua son los diferentes procedimientos que se seleccionan para aislar sistemas que operan a bajas temperaturas. Sirven para reducir y controlar el paso de vapor, de manera que el material aislante se pueda mantener siempre seco y pueda conservar sus propiedades invariables. Los retardantes de vapor de agua se pueden clasificar en rígidos, flexibles o recubrimientos. Los rígidos incluyen láminas rígidas de metal y plásticos reforzados, las cuales son diseñadas para ajustar perfectamente entre sí y crear un sello hermético; sin embargo, en la práctica no se logra un buen sello, por lo que se hace necesaria la aplicación de otros materiales menos permeables. Los retardantes flexibles abarcan hojas metálicas y plásticas, los cuales son excelentes barreras contra el vapor. Los recubrimientos que se emplean pueden ser mastiques o pinturas de tipo asfálticas, los cuales poseen muy baja permeabilidad.

4.7.PÉRDIDAS DE CALOR Las pérdidas de calor que podemos clasificar en:  Pérdidas de calor a través de las paredes.  Pérdidas por puentes térmicos, cuando en un aislamiento se colocan materiales de mayor conductividad térmica pero de poca sección.  Pérdidas por infiltración de aire.

12

4.7.1. Pérdidas de calor a través de las paredes La transferencia de calor se puede definir como la energía en tránsito que fluye debido a una diferencia de temperatura. Cuando existen dos o más cuerpos, ya sean fluidos o sólidos, que tengan diferencias de temperaturas debe ocurrir el intercambio de calor del medio que se encuentra a mayor temperatura hacia el de menor temperatura (Ley Cero de la Termodinámica). La transferencia de calor puede ocurrir por medio de tres mecanismos: conducción, convección y radiación. 

El mecanismo de conducción (transferencia de calor a través de un material sin movimiento macroscópico) se realiza a través de los materiales sólidos.



El mecanismo de convección (transferencia de calor por conducción con existencia de un movimiento macroscópico de los materiales) se realiza a través de los gases o líquidos, pudiendo ser el movimiento provocado o natural (por diferencia de densidades).



El mecanismo de radiación (transferencia de calor entre superficies sin la necesidad de la presencia de un medio material entre ambas) se realiza a través del vacío o de medios transparentes o semitransparentes.

En el campo de materiales y temperaturas que consideramos podemos afirmar: 

En materiales sólidos sólo consideraremos el mecanismo de conducción, ya que se suponen materiales opacos. (No se consideran vidrios o materiales plásticos transparentes. Realmente no consideramos el intercambio de calor que se produce en éstos por radiación).

13



En líquidos sólo se considerará la convección (respecto al mecanismo de radiación se supondrá que son opacos, y por tanto el posible flujo de calor mediante este mecanismo se desprecia).



En gases (principalmente aire) se deberá considerar la convección y la radiación (se producen ambos mecanismos a la vez).

Dependiendo de la configuración geométrica básica de las capas (planas, cilíndricas, esféricas) se expresa de forma práctica el flujo de calor como: 2



Placas planas: Flujo de calor por unidad de área q/A (W/m ).



Placa cilíndrica: Flujo de calor por unidad de longitud q/H (W/m).



Placa esférica: Flujo de calor q (W).

TRANSMISIÓN DE CALOR POR CONDUCCIÓN EN RÉGIMEN ESTACIONARIO La ecuación que rige el intercambio de calor por conducción es la conocida ecuación de Fourier, la cual considera que la densidad de flujo de calor por unidad de área es proporcional al gradiente de temperaturas en la dirección perpendicular al área considerada:

k: conductividad térmica del material Particularizada la anterior ecuación en los diferentes casos tenemos:

1. Resistencias térmicas conductivas en caso de placas planas ∆𝑇 𝑞 ⁄𝐴 = 𝑒𝑠𝑝/𝑘 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =

𝑒𝑠𝑝 𝑘

2. Resistencias térmicas conductivas en caso de capa cilíndrica

14

∆𝑇 𝑞 ⁄𝐻 = 𝑟𝑒𝑥𝑡 ln⁡( ⁄𝑟𝑖𝑛𝑡 )/2𝜋𝑘

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑_𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑖𝑐𝑎 =

ln⁡(

𝑟𝑒𝑥𝑡 ⁄𝑟𝑖𝑛𝑡 ) 2𝜋𝑘

3. Resistencias térmicas conductivas en caso de capa esférica 𝑞=

∆𝑇 1 1 (𝑟 − 𝑟 )/4𝜋𝑘 𝑖𝑛𝑡 𝑒𝑥𝑡

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑_𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑖𝑐𝑎

1 1 (𝑟 − 𝑟 ) 𝑒𝑥𝑡 = 𝑖𝑛𝑡 4𝜋𝑘

RESISTENCIAS TÉRMICAS POR CONVECCION La ecuación que rige el intercambio de calor por convección es la conocida ecuación de Newton, la cual considera que la densidad de flujo de calor por unidad de área es proporcional a la diferencia de temperaturas entre la superficie y la temperatura del fluido (líquido o sólido). 𝑞 ⁄𝐴 = ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣 (∆𝑇) k: como coeficiente de convección o coeficiente de película, dicho coeficiente de convección presenta gran variación en función del tipo y cantidad de movimiento que presente el fluido, así como de su estado, e incluso del mismo gradiente de temperaturas (pared-fluido). Esta gran variedad de coeficientes de convección hace que el comportamiento al paso de calor en el caso de gases sea muy diferente con respecto a los demás. Particularizada la anterior ecuación en cada caso tenemos:

1) Resistencias térmicas convectivas en placas planas ∆𝑇 𝑞 ⁄𝐴 = 1⁄ ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣 15

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =

1 ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣

Resistencias térmicas convectivas en una capa cilíndrica ∆𝑇 𝑞 ⁄𝐻 = 1⁄ (2𝜋𝑟ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣 ) 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑖𝑐𝑎 =

1 2𝜋ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣

Resistencias térmicas convectivas en caso de capa esférica

RESISTENCIAS TÉRMICAS POR RADIACIÓN La ecuación que rige el intercambio de calor por radiación es la conocida ecuación de StefanBoltzman: hrad = εσ (TKsup + TKaire )(TKsup + TKaire ) 2

4

En donde: σ es la constante de Stefan-Boltzman (5,67 10-8 W/m K ) y ε es el coeficiente de emisión de la superficie en estudio. RESISTENCIAS TÉRMICAS POR CONVECCIÓN-RADIACIÓN Cuando ambos mecanismos de intercambio son significativos (caso de gases y más concretamente presencia de aire), el calor intercambiado desde la superficie del elemento a su entorno tendrá dos contribuciones, una convectiva y otra radiante, es decir: 𝑞 ⁄𝐴 = ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣 (Δ𝑇) + ℎ𝑟𝑎𝑑 (Δ𝑇) = ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑 (Δ𝑇)

16

Por lo tanto: ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑 = ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣 + ℎ𝑟𝑎𝑑



Caso de placa plana 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =





1

ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑 Resistencia convectiva-radiante para capa cilíndrica 1 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑_𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑖𝑐𝑎 = 2𝜋𝑟ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑 Resistencia convectiva-radiante para capa esférica 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑_𝑒𝑠𝑓𝑒𝑟𝑖𝑐𝑎 =

1 𝜋𝑟 2 ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑

Recordemos que en el caso de líquidos (o fluidos en cambio de fase) el calor intercambiado por radiación es despreciable (hrad = 0). CALOR INTERCAMBIADO DIFERENTES CAPAS

EN

UN

ELEMENTO

COMPUESTO

POR

Es evidente que en estado estacionario (constancia de temperaturas a ambas partes de un elemento con el tiempo), la cantidad de calor que atraviesa cada una de las capas es constante (evidentemente se supone que no existe cambio de fase en ninguna capa). Por lo tanto la resistencia total es la resistencia es la suma de todas las resistencias de las capas. 𝒏

𝑹𝒕𝒐𝒕𝒂𝒍 = ∑ 𝑹𝒊 = 𝑹𝒂 + 𝑹𝒃 𝒊=𝟏

17

4.7.2. EJERCICIO DE APLICACIÓN

Calcular el espesor mínimo de Lana de vidrio a utilizar, según el Código Técnico de la Edificación, en un muro exterior en la zona climática “C”, cuya composición interior-exterior es 15 mm de enlucido de yeso, 65 mm de ladrillo hueco, lana de vidrio y 90 mm de ladrillo perforado. SOLUCIÓN Consultando las conductividades de los materiales utilizados y de acuerdo con el apéndice II para los coeficientes de convección_radiación tenemos: Condiciones Interiores 2

Coeficiente convección_radiación interno impuesto: hint = 7,70 W/m K Datos diferentes capas material mm

(W/mk)

Enlucido yeso

15

0.3

Ladrillo hueco Lana de vidrio Ladrillo perforado

65 x

0.49 0.04

90

0.76

18

Condiciones Exteriores

2

Coeficiente convección_radiación externo impuesto: hext = 25,00 W/m K Al tratarse de placas planas las resistencias térmicas de las diferentes capas se obtendrán : 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑑_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =

𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =

𝑒𝑠𝑝 𝑘 1

ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣

resistencias térmicas (m2 K/ W) 0.13 0.05 0.133 x 0.118 0.04

interior enlucido de yeso ladrillo hueco lana de vidrio ladrillo perforado exterior

2

Ofreciéndose una resistencia total (suma) sin aislamiento de: 0,471 m K/W Al estar en la zona climática “C” (ver apartado 5.3) el coeficiente global de transferencia de 2

calor máximo de muros exteriores es 0,73 W/m K, y la resistencia térmica total es su inversa: 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑝𝑙𝑎𝑛𝑎 =

1 = 1.37⁡𝑚2 ⁡𝐾/𝑊⁡ 0.73

Por lo que el valor de resistencia térmica que debe ofrecer el aislamiento será: 2

Raislamiento = 1,370-0,471= 0,899 m K/W Finalmente podemos despejar el espesor de aislamiento requerido, ec. [3]: esp = k Rcond _ plana = 0,04* 0,899 = 0,03596 m

19

4.7.3. Puentes térmicos

Se trata de la existencia de elementos no homogéneos dentro de las capas analizadas, y que en general favorecen el intercambio de calor por poseer mayor conductividad. Como caso típico podemos observar existencia de pilares en paredes, o existencia de bridas o válvulas en tuberías. Contabilizar estos elementos para el cálculo del flujo de calor es realmente complejo, ya que se trata de configuraciones en donde existe flujo de calor bidimensional o tridimensional. En general se suelen contabilizar de varias formas:   

Aumentar una cierta cantidad de calor (disminuyendo la resistencia térmica global o directamente con un porcentaje). Aumentar la conductividad de la capa aislante (suponer un incremento ficticio). Aumentar la longitud de tubería (suponer una longitud ficticia).

Todos estos procedimientos son muy difíciles de cuantificar y asignar correctamente a un caso, por lo que se debe recurrir a la experiencia del calculista. 4.7.4. Pérdidas por infiltración de aire

En general, sólo consideraremos una única capa de material (si existen varias suelen ser de resistencia térmica despreciable: chapa metálica, etc...). El flujo de calor se calcula a través de cada pared, tomado como placas planas, y con los coeficientes de convección que se especifican para este caso en el apéndice I. Como en tuberías, en el interior sólo se contabilizará el intercambio de calor por convección, ya que por radiación es despreciable (las paredes interiores se encuentran a la misma temperatura). Simplemente resaltar que el resultado final que nos interesa es el calor perdido por metro de conducto, expresando por tanto el resultado como: 𝒒 𝒒 ⁄𝑯 = (𝟐𝒂 + 𝟐𝒃 + 𝟒𝒆𝒔𝒑) 𝑨 4.8.ESPESOR ÓPTIMO ECONÓMICO DE AISLAMIENTO La determinación de un espesor de aislamiento adecuado obedece en algunos casos a condiciones exclusivamente técnicas, como puede ser limitar la caída de temperatura de un fluido en una conducción o fijar la temperatura máxima superficial de un aislamiento por motivos de seguridad de los trabajadores pero la mayor parte de las inversiones tienen un 20

carácter económico por ello es necesario introducir conceptos económicos en la elección adecuada del aislamiento. Por lo tanto se trata de determinar aquel espesor que minimice el coste total de la instalación teniendo en cuenta su periodo de explotación (vida de la instalación).

MÉTODO GENERAL El método de cálculo más utilizado en la CEE se basa en las aplicaciones del VALOR ACTUALIZADO NETO (VAN). El procedimiento consiste en determinar, para cada inversión en aislamiento, el VALOR ACTULIZADO NETO de los ahorros energéticos aportados y compararlo con los incrementos que se supone la inversión. 𝑡(𝑡 𝑛 − 1) 𝑐𝑜𝑒𝑓. 𝑉𝐴𝑁 = 𝑡−1

Siendo 𝑡=

1 + 0.01𝑏 1 + 0.01𝑟

Donde: 21

b = aumento prevesible del coste de la energía en % r = tasa de actualización neta en % (equivalente al interés bancario deducidos los impuestos y la inflación). n = número de años para los que se efectúa el estudio. Para un proyecto determinado, a cada espesor de aislamiento térmico “d” le corresponderán unas perdidas energéticas específicas y un coste de inversión asociado. A medida que aumenta el espesor, como ya se ha indicado, disminuyen las perdidas energéticas y aumenta la inversión. METODO DE CÁLCULO DIRECTO 2

Para obtener el espesor económico expresamos todos los costes en función del m de 2

superficie de aislamiento. El coste de inversión en aislamiento CI (€/m ) se puede poner en función de dos términos, uno dependiente de la cantidad de material utilizado y otro del coste de instalación (independiente del espesor), por tanto: 𝐶𝐼 = 𝑎𝑎 + 𝑏𝑏⁡𝑒𝑠𝑝 El coste de explotación durante el primer año será en función del flujo de calor transferido 2

por m , del tiempo anual de funcionamiento t (s) y del coste de la energía térmica producida s (€/J). 𝑞 𝑠 𝐴

𝑡

Este coste se sucede cada año, por lo que para calcular el valor actual neto del gasto durante N años de vida de la instalación, con una inflación del combustible utilizado i (%) y un coste de oportunidad del dinero d (%), (interés que un banco nos hubiera dado por invertir ese dinero), se debe multiplicar por el VAN (Valor Actual Neto). 1+𝑖 𝑁 ) −1 1 𝑉𝐴𝑁 = + 𝑑 ⁡𝑆𝑖⁡𝑖 = 𝑑⁡⁡𝑉𝐴𝑁 = 𝑁 1+𝑖 ( )−1 1+𝑑 (

𝐶𝐹 = 𝑡

𝑞 𝑠⁡𝑉𝐴𝑁 𝐴

22

Y finalmente el coste total será CI+CF. Obteniendo el mínimo de dicha función de coste (derivando e igualando a cero), se obtiene el espesor económico:

𝑒𝑠𝑝𝑒𝑐𝑜𝑚 = √

𝑡⁡𝑉𝐴𝑁⁡𝑠⁡𝑘𝑎𝑖𝑠𝑙 (|𝑇𝑒𝑥𝑡 − 𝑇𝑖𝑛𝑡 |) 1 𝑒𝑠𝑝1 − 𝑘𝑎𝑖𝑠𝑙 ( + ∑ 𝑏𝑏 ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣_𝑟𝑎𝑑,𝑖𝑛𝑡 𝑐𝑎𝑝𝑎𝑠⁡𝑒𝑥𝑒𝑝𝑡𝑜 𝑘1 𝑎𝑖𝑠𝑙𝑎𝑛𝑡𝑒

+

1 ℎ𝑐𝑜𝑛𝑣𝑟𝑎𝑑 ,𝑒𝑥𝑡

)

23

CONCLUSIONES



El sistema de aislamiento dependerá del tipo de requerimiento que se necesite en cada proceso; pueden utilizarse combinaciones para resguardar un mismo proceso. Los tipos de requerimientos pueden ser los siguientes: Protección personal .Conservación normal del calor o aislamiento económico, Conservación total del calor o aislamiento ecológico, Aislamiento especial (temperaturas mayores a 650 °C).



El aislamiento térmico enfoca tres aspectos en donde reside fundamentalmente su importancia y son: el aspecto económico, técnico y social.



Entre los principales aislantes utilizados en la industria tenemos a la lana de vidrio, lana de roca, Poliestireno, Poliuretano y la fibra de cerámica.



El sistema de aislamiento está conformado por varios elementos que aseguran obtener el máximo beneficio. El sistema está constituido por: Materiales aislantes, Materiales de sujeción, Recubrimiento, Enchaquetado, Barreras de vapor (en caso de aislamiento en frio).

24

BIBLIOGRAFIA

CONSCOMER. (2007). CONSCOMER. Obtenido de www.conscomer.com.mx/aislamientotermico/ Estrada Martinez, J. A. (1996). Sistemas De Aislamiento Termico En La Industria Petrolera. Guatemala. Obtenido de http://biblioteca.usac.edu.gt/tesis/08/08_0197_M.pdf IPUR. (2011). IPUR. Obtenido de http://aislaconpoliuretano.com/la-importancia-delaislamiento-termico-en-la-industria.htm ISOVER. (2010). Manual De Aislamiento En La Industria. Banalona. Limone Torres , C. (2012). DISEÑO E INSTALACIÓN DE AISLANTE TÉRMICO EN TUBERÍAS Y EQUIPOS. Sartenejas.

25

INDICE I.

INTRODUCCIÓN .......................................................................................................... 1

II.

OBJETIVOS ................................................................................................................ 2 OBJETIVO GENERAL ..................................................................................................... 2 OBJETIVO ESPECIFICO.................................................................................................. 2

III.

HIPÓTESIS ................................................................................................................. 3

HIPÓTESIS GENERAL .................................................................................................... 3 HIPÓTESIS ESPECÍFICA ................................................................................................. 3 IV.

AISLAMIENTO TÉRMICO ....................................................................................... 4

4.1.

DEFINICIÓN DE AISLAMIENTO TERMICO ..................................................... 4

4.2.

VENTAJAS DEL AISLAMIENTO TÉRMICO ..................................................... 4

4.3.

MATERIALES AISLANTES ................................................................................. 5

4.3.1. 4.4.

PROPIEDADES Y CARACTERÍSTICAS ...................................................... 5

MATERIALES REFRACTORIOS ......................................................................... 7

4.4.1.

Características estructurales de los materiales refractarios .............................. 8

4.4.2.

Clasificación de los materiales refractarios ...................................................... 9

4.5.

AISLAMIENTO TERMICO DE TUBERIAS ........................................................ 9

4.6.

PROCESO DE INSTALACIÓN ........................................................................... 11

4.7.

PÉRDIDAS DE CALOR ....................................................................................... 12

4.7.1.

Pérdidas de calor a través de las paredes ........................................................ 13

4.7.2.

EJERCICIO DE APLICACIÓN ..................................................................... 18

4.7.3.

Puentes térmicos ............................................................................................. 20

4.7.4.

Pérdidas por infiltración de aire...................................................................... 20

4.8.

ESPESOR ÓPTIMO ECONÓMICO DE AISLAMIENTO .................................. 20

CONCLUSIONES ................................................................................................................ 24 BIBLIOGRAFIA .................................................................................................................. 25

26