RADIO CRÍTICO Y AISLAMIENTO DE TUBERIAS

Aislantes térmicos

Los aislantes térmicos tiene como función principal la conservación de energía empleando material aislante. Se predice resistencia al flujo de calor reduciendo las pérdidas en los elementos que integran sistema de vapor, como lo son las calderas, tuberías, accesorios, tanques o marmitas.Las pérdidas a las que se incurren en las líneas de vapor y retorno de condensado cuando las tuberías no cuentan con aislamiento son considerables. Como ya se sabe el agregar  aislamiento a una pared  plana o al ático la resistencia térmica se incrementa por lo que la transferencia de calor  siempre se  disminuye, sin embargo al agregar aislamiento a un tubo cilíndrico o a una capa esférica es un asunto diferente. El aislamiento adicional incrementa la resistencia a la conducción de 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 de la transferencia de calor del tubo aislado hacia el aire circundante se puede expresar como:

 

En el mercado existe una amplia variedad de aislamientos empleados en plantas térmicas entre los cuales tenemos:

 Silicato de calcio: es un material que posee las siguientes características:

• Mantiene su integridad física a muy altas temperaturas 
• No es combustible
•  Es más costoso que los aislamientos fibrosos.

Vidrio celular (Lana de vidrio): es un material que posee  características como:

• Material completamente inorgánico;
• No absorbe líquidos ni vapores; 
• Es quebradizo 
• Instalación rápida completamente atóxica
• Incombustible 
• Eficiente desde el punto de vista térmico.

Roca mineral: También denominado lana mineral:

• Su límite de temperatura es mayor que el de la fibra de vidrio;
• Utiliza aglomerantes orgánicos 
• La vibración y el maltrato físico le pueden causar daños severos

RADIO CRÍTICO   

El aislamiento debe aportar beneficios crecientes en lugar de gastos fijos. La medida del beneficio

operacional es función directa de la cantidad de aislamiento presente dentro de lascircunstancias de

funcionamiento del equipo. Se consideran parámetros como:

• Diámetro nominal de la tubería;
• Temperatura de operación; 
• Tipo de fluido y material aislante.

Para un cuerpo cilindrico:

Para un cuerpo esférico: 

Donde:

k= Coeficiente de conductividad térmica

h= Coeficiente de transferencia de calor por convección

Aquí se puede denotar que el radio crítico de aislamiento depende de la conductividad térmica del aislamiento k y del coeficiente externo de transferencia de calor por convección h. La razón de la transferencia de calor del cilindro aumenta con la adición de aislamiento para r₂< r_cr, alcanza un máximo r₂ = r_cry empieza a decrecer para r₂>r_cr. Por lo tanto, en realidad, aislar el tubo puede aumentar la razón de la transferencia de calor del tubo en lugar de disminuirla cuando r₂< r_cr

Costo de aislamiento térmico

La energía en forma de calor  tiene un valor monetario, representado en la economía de los combustibles. Por este motivo el aislamiento térmico ayuda a ahorrar gran parte de la energía necesaria para este proceso y un óptimo aislamiento haciendo que los equipos sean más eficientes y trabajen con menores costos. El  grueso óptimo de un aislante se puede determinar por consideraciones puramente económicas.

La parte más difícil es obtener datos confiables de costos iniciales de instalación, puesto que varían  ampliamente de  planta a planta y con la cantidad de aislante que se aplique en una sola vez.

Costo del calor perdido por año  y ft²  (A)

 

Donde:

 Costo de la aislación por año y ft² (B)

 

b= Costo anual/ ft² de rubros dependientes del espesor como: amortización, costo financiero.

c= Costo anual/ ft² de rubros independientes del espesor como el mantenimiento.

Costo total por año y ft²  (A+B)

 

La solución analítica aproximada es gracias a Mc Millan:

TABLA DE AISLANTES UTILIZADOS Y CARACTERISTICAS 

MATERIAL AISLANTE	VALOR DE R POR PULGADA (2,54 CM)	VENTAJAS	INCONVENIENTES
Poliuretano, en plancha	6,25	Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio.	No siempre es fácil de obtener; relativamente caro.
Poliuretano, rociado	7,0	Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio; aplicación sencilla con equipo de rociado.	No siempre es fácil de obtener; caro; exige equipo especial de rociado.
Poliuretano, vertido (mezcla química de dos componentes)	7,0	Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio; aplicación relativamente sencilla.	No siempre es fácil de obtener; caro; los volúmenes deben calcularse muy cuidadosamente.
Poli estireno, en láminas (lisas), nombre comercial «Styrofoam»	5,0	Fácilmente disponible, de bajo costo, R razonable.	No puede usarse con resinas de fibra de vidrio, a no ser que se proteja; se daña fácilmente.
Poli estireno, expandido in situ y en perlas moldeadas expandidas. Conocido como Isopor, Polypor, etc.	3,75 a 4,0	Valores de R razonables, menor costo que las láminas de superficie lisa.	No puede usarse con resinas de fibra de vidrio, a no ser que se proteja; se daña fácilmente.
Plancha de corcho	3,33	Disponible en muchos mercados; costo razonable; puede recubrirse con fibra de vidrio.	R menor que la del poliuretano para espumas de estireno.
Rollos de lana de fibra de vidrio	3,3	Bajo costo; instalación fácil.	Absorbe agua u otros líquidos con facilidad, y pierde capacidad aislante al mojarse.
Rollos de lana mineral	3,7	Ídem.	Ídem.
Virutas de madera	2,2	Fácilmente disponible; bajo costo.	Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; se descompone.
Serrín	2,44	Fácilmente disponible; bajo costo.	Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; se compacta por efecto de las vibraciones.
Paja		Fácilmente disponible; bajo costo.	Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; alberga insectos, etc.
Espacio de aire	1,0 aprox.	Costo nulo.	Es necesario sellarlo completamente para evitar la circulación de aire que ocasiona la infiltración de calor.