Aislamiento térmico | Todos sus conceptos y aplicaciones importantes

Tema de discusión: Aislamiento térmico

  • Definición de aislamiento térmico
  • Aislante térmico
  • Transferencia de calor y calor
  • Modos de transferencia de aislamiento térmico
  • ¿Por qué aislamiento térmico? Sus propósitos y requisitos
  • Ventajas del aislamiento térmico
  • Materiales utilizados para aislamiento térmico.
  • Tipos de aislamiento térmico
  • Aislamiento térmico en el sector nuclear
  • Propiedades térmicas del aislamiento.

Definición de aislamiento térmico

Cuando dos objetos están en contacto térmico entre sí o bajo la influencia de la radiación, el proceso de agotamiento de la transferencia de calor entre las entidades se conoce como aislamiento térmico. Es todo lo contrario de lo que se puede definir como conductividad térmica. Básicamente, un objeto con una conductividad térmica muy baja puede considerarse un material bien aislado. 

Aislante térmico

Mientras que el aislamiento térmico es el proceso de agotamiento de la transferencia de calor, los aislantes térmicos son materiales que emplean el proceso de aislamiento. Evita que la energía térmica se transfiera de un objeto a otro. Esto se puede ver en detalle desde una perspectiva termodinámica mientras se comprenden los principios de la energía térmica y más.

Calor Aislamiento

Es una forma de energía que depende de otro factor llamado temperatura. La transferencia de energía en forma de calor de un cuerpo a otro da como resultado una diferencia de temperatura. El calor generalmente fluye de un cuerpo más caliente a uno más frío. Desempeña un papel importante en los principios de la termodinámica. Si un cuerpo está frío, significa que se quita calor y no se agrega frío, lo que trae un dato curioso sobre esta forma de energía.

El calor se puede transferir por tres medios diferentes.

  1. Conducción
  2. Convención
  3. Radiación

La conducción es el proceso de transferencia de energía entre dos objetos donde el medio de intercambio es a través del contacto directo. Al mismo tiempo, la convección es la transferencia de energía a través del movimiento de la materia, utilizando el aire como medio. La radiación es el proceso de transferencia que ocurre sin ningún medio pero con la ayuda de ondas electromagnéticas.

Las tres ecuaciones relativas a las tres formas de transferencia de calor son las siguientes:

Conducción: Q = [k · A · (Thot - Tcold)] / d

Convección: Q = hc · A · (Ts - Tf)

Radiación: P = e · σ · A · (Tr4 - Tc4) (Usando la ley de Stefan-Boltzmann)

Ejemplos de los modos de transferencia que se pueden encontrar en nuestra vida cotidiana bajo conducción pueden ser tan simples como moléculas vibratorias aceleradas en la mano cuando están en contacto con una taza de café caliente. Esto significa que la mano se ha calentado donde tuvo lugar la transferencia de energía a través del contacto directo. 

Un ejemplo típico de convección sería la refrigeración, en la que los alimentos que se guardan en el frigorífico se enfrían esencialmente a través de la convección de aire y otros refrigerantes. 

La radiación es el modo de transferencia a través de un vacío, como el calor del sol que llega a la tierra.

¿Por qué aislamiento térmico? Sus propósitos y requisitos

El objetivo del aislamiento térmico es moderar la temperatura en algo tan pequeño como una casa individual hasta tan complejo como un reactor nuclear. El aislamiento térmico es para fortalecer los elementos de construcción contra daños causados ​​por la humedad o el impacto térmico en el componente. El desgaste del objeto o la pieza se puede reducir durante el invierno con aislamiento térmico, que sirve para la conservación de energía. Al mismo tiempo, durante el verano, el sobrecalentamiento se reduce significativamente. 

Ventajas del aislamiento térmico

El aislamiento térmico crea un entorno óptimo que mantiene el entorno cálido en invierno y frío durante el verano, lo que permite una vida y un funcionamiento cómodos. Debido a la demanda de un entorno de estilo de vida cómodo, el aislamiento térmico mejora enormemente los costos de conservación y mantenimiento de energía. También ayuda a prevenir la deposición de humedad en las paredes interiores de una habitación o un recipiente que puede ser provocada por efecto de la temperatura y la humedad.

Aislamiento térmico materiales

  1. Fibra de vidrio
  2. Espuma de poliuretano
  3. Celulosa
  4. Poliestireno
  5. Lana mineral

Aislamiento térmico Fibra de vidrio: 

es el método más común y utilizado para el aislamiento térmico en las casas modernas. Se deriva de silicio finamente tejido, fragmentos de vidrio reciclado y partículas de arena que contienen polvo de vidrio. 

La fibra de vidrio o lana de vidrio se usa generalmente como material de aislamiento acústico, un material de interior que se aplica debajo de techos inclinados o pisos de madera. Dado que la fibra de vidrio pierde su valor de aislamiento cuando entra en contacto con la humedad, se ven principalmente dentro de las casas y no en el exterior.

Los valores de aislamiento del material están dados por,

  • Densidad = 25 kg / m³
  • Capacidad de almacenamiento de calor = 800 J / kgK
  • Clase de fuego => A2, S1, d0 (extingue por sí mismo y capacidad de llama baja)
  • λ = 0.032 a 0.040 W / mL-K
  • Resistencia a la difusión: 1

Celulosa:

Este tipo de método de aislamiento térmico se considera uno de los procesos más ecológicos de la actualidad. La celulosa está compuesta por un 70-80% de tela vaquera, papel o cartón reciclados en forma de espuma suelta muy tratada (15% en volumen) con (NH₄) ₂SO₄, ácido bórico o bórax. Se considera la mejor forma de aislamiento térmico contra las soluciones de resistencia al fuego que se utilizan esencialmente para moderar la pérdida de calor y ganar transmisión de ruido. 

Propiedades de la celulosa, 

  • Conductividad térmica = 40 mW / m · K 
  • Valor R = R-2.6 a R-3.8 por 100 mm 
  • Densidad = 57 kg / m3

Lana mineral:

La lana de vidrio o la lana mineral se utiliza mucho por sus propiedades funcionales, fácil compra y sencillo manejo. La lana mineral comprende el hilado fabricado a partir de vidrio o piedra fundido o reciclado (lana de roca). La lana de roca está hecha de basalto, donde los hilos se combinan de una manera única para formar una estructura de lana para el aislamiento. A continuación, la lana se comprime en bloques o tablas minerales que se pueden comprar en el mercado con fines de aislamiento. 

La lana mineral se usa generalmente para aislar paredes de cavidades, paredes exteriores, paredes divisorias y pisos almacenados. También se aplican ampliamente en aplicaciones industriales como máquinas, acondicionadores de aire, etc. 

Propiedades: 

  • λ = 0.03 W / mK a 0.04 W / mK
  • Densidad = 30-200 kg / m³
  • R = 0.035 W / mK
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Lana mineral
Crédito de la imagen: Achim HeringFibra de lana de roca 4 libras por pie3x5CC BY 3.0

Poliestireno:

Esto también se conoce comúnmente como espuma de poliestireno, es una espuma termoplástica impermeable que aísla la temperatura y el sonido de manera muy efectiva. Vienen en dos tipos: EPS (expandido) y XEPS (extruido), que difieren en costo y rendimiento. Poseen una superficie de aislamiento muy lisa que no se encuentra en ningún otro tipo, generalmente creado en bloques cortados, lo que lo hace muy ideal para el aislamiento. La espuma a veces es inflamable y requiere una capa de hexabromociclododecano (HBCD), un químico ignífugo. 

Sus importantes ventajas son que posee magníficas propiedades de amortiguación, ligereza por naturaleza, baja conductividad térmica y absorbe muy poca humedad, en su mayoría 98% de aire y 100% reciclable. 

Propiedades: 

  • R = 4-5.5
  • Densidad = 0.05 g / cm3
  • λ = 0.033 W / (m · K)
  • Índice de refracción = 1.6
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Poliestireno
Crédito de la imagen:PirexianoPoliestirenoCC BY-SA 3.0

Espuma de poliuretano:

Es la forma más abundante y excepcional de aislamiento térmico que utiliza no clorofluorocarbonos (CFC) como agente espumante para disminuir el daño de la capa de ozono. Son espumas de baja densidad que consisten en gas de baja conductividad en sus carcasas que se pueden rociar sobre las áreas aisladas. 

Son livianos en relatividad y pesan casi 2 libras / pie3. También son resistentes al fuego y se utilizan en superficies como bloques de ladrillo, hormigón, etc., mediante fijación directa. También se utiliza en el caso de mampostería sin terminar cortando la espuma en la forma y tamaño deseados. Luego, la espuma se cubre con adhesivo constructivo, presionándola contra la superficie de mampostería y sellando las juntas entre las láminas con la espuma expansiva. 

Propiedades:

  • λ = 0.022 W / mK a 0.028 W / mK
  • Densidad = 30 kg / m3 a 100 kg / m3
  • R = 6.3 / pulgada de espesor

Tipos de aislamiento térmico

Manta: Aislamiento Batt and Roll

El tipo de aislamiento más conocido y más accesible es el aislamiento Blanket, que viene en Batts o Rolls. Se compone de fibra flexible, fibra de vidrio. Los bloques y rollos también tienen un acabado de lana mineral, plástico y fibra natural, como algodón y lana de oveja. Es más probable que el aislamiento de manta se use en paredes, pisos y techos sin terminar y estos aislamientos se podrían colocar fácilmente entre montantes, vigas y vigas. Este tipo de aislamiento se utiliza mucho, ya que es adecuado para el espaciamiento de vigas y montantes estándar que está comparativamente libre de diferentes obstrucciones. Este tipo también es relativamente caro en comparación con los demás.

Aislamiento térmico de bloques de hormigón

El aislamiento de bloques de concreto se incorpora de varias maneras, como agregar un cordón de espuma o aire a la mezcla de concreto para obtener los valores R deseados. El aislamiento de bloques de concreto se usa ampliamente para paredes sin terminar, incluidas las paredes de los cimientos, y también se usa de manera prominente para la construcción y renovación. La instalación requiere habilidades especializadas como apilar, aislar bloques de concreto sin usar mortero y unir superficies. Los núcleos están aislados para lograr los valores deseados de R, lo que también nos ayuda a moderar las temperaturas.

Espuma de hormigón aislante 

El material utilizado en la fabricación de esto son tablas de espuma o bloques de espuma. Este tipo de aislamiento es muy utilizado para completar muros sin terminar, así como muros de cimentación para nuevas construcciones. También se incorporan como parte del montaje del edificio. Esta categoría de aislamiento se utiliza mucho para la construcción. Al estar empotrados en las paredes de la casa, aumenta la resistencia térmica.

Aislamiento rígido de fibras o fibras

La fibra de vidrio y la lana mineral se utilizan para asimilar el aislamiento de fibra. El aislamiento fibroso rígido se usa mucho en regiones que soportan altas temperaturas y, a menudo, se usa para conductos en espacios no acondicionados. El aislamiento de fibra lo establecen los contratistas de HVAC, generalmente fabrica el aislamiento y lo instala en los conductos de ventilación. Estos se utilizan principalmente por su capacidad para soportar altas temperaturas.

Paneles con aislamiento estructural (SIP)

Esto es principalmente un núcleo de aislamiento de tablero de espuma o espuma líquida y un aislamiento de núcleo de paja. Se incorporan en paredes, techos, pisos sin terminar y la construcción inicial de techos. Los implementan trabajadores de la construcción que unen los SIP para formar paredes y techos. Las ventajas de utilizar este tipo de aislamiento proporcionan un aislamiento superior y consistente en comparación con el aislamiento tradicional. Los SIP tardan un tiempo limitado en implementarse.

Aislamiento térmico en el sector nuclear

La idea genérica de una central nuclear es que se utiliza para generar electricidad con fisión nuclear. 

Los núcleos de los reactores nucleares tienen un propósito particular al liberar energía de enormes cantidades de calor y trabajo. La contención del reactor nuclear en un contenedor es un gran espacio que incorpora el sistema de suministro de vapor nuclear (NSSS).

 El NSSS tiene un reactor, válvulas, tuberías, bombas y otros componentes y equipos diversos. El NSSS produce una carga térmica positiva neta muy sustancial. El aislamiento de la tubería caliente y el equipo dentro del reactor tiene un objetivo: controlar las cargas de enfriamiento de la contención. El enfriamiento por contención se realiza para eliminar el calor vinculado directamente a un cuerpo de agua (río, lagos, etc.) o al enfriamiento por compresión de vapor como el aire acondicionado. Las especificaciones técnicas de las plantas nucleares se alarmarán si la fuente de calor libera calor más que la velocidad de enfriamiento estándar.

Propiedades térmicas del aislamiento.

Hay consideraciones primarias particulares que deben elegirse durante el proceso de selección del aislamiento. Estas propiedades varían con el material seleccionado, desde la lana hasta el aislamiento térmico del reactor nuclear. La diferencia en las propiedades térmicas de los tipos de aislamiento marca la diferencia en la cantidad de eficiencia, rendimiento y sostenibilidad. 

Las diversas propiedades a considerar son: 

Emisividad (E):

Un material escrito como ε se define como la relación entre la energía radiada por el material y la energía emitida por un cuerpo negro a una temperatura similar. En términos sencillos, es útil para emitir energía como radiación térmica, como energía infrarroja.

Conductancia térmica (C):

Se puede denominar por la diferencia de temperatura unitaria entre dos cuerpos que infieren la tasa de tiempo de un flujo de calor en estado estable a través de una unidad de área del material dado. 

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Límites de temperatura:

Los niveles superiores e inferiores de temperatura deben satisfacerse con los materiales elegidos para el aislamiento. 

Resistencia térmica (valor R): la diferencia de temperatura entre dos superficies induce un flujo de calor unitario a través del área unitaria de los objetos (Km2/ W). 

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Transmitancia térmica (U):

a través de un conjunto, la conductancia total del flujo de calor se denomina transmitancia térmica. 

Conductividad térmica (valor k): 

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Donde, L = espesor del material, (m)

T = temperatura, (K)

q = caudal de calor, (W / m2)

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Sobre Shakthivel Bhaskar

Aislamiento térmico | Todos sus conceptos y aplicaciones importantesMi nombre es Shakthivel Bhaskar, alguien que ha sido apasionado por la mecánica de las cosas que usamos en la vida cotidiana desde que me regalaron juguetes fascinantes cuando era un niño pequeño. Esta pasión ayuda a mi amor por la ingeniería mecánica, lo que me llevó a completar mi maestría en dicho campo. He trabajado en dos proyectos organizados por SAE, India y FS, Reino Unido. Mi escape de la realidad sería mi pasión alternativa, el fútbol que me ayuda a concentrarme en mi trabajo cuando le dedico un poco de tiempo.

Conectémonos a través de LinkedIn (https://www.linkedin.com/in/shakthivel-bhaskar-589690170/).

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