El aislamiento de tuberías es un aislamiento térmico o acústico que se utiliza en las tuberías.
Aplicaciones
Control de condensación
Cuando las tuberías operan a temperaturas inferiores a la ambiente, existe la posibilidad de que el vapor de agua se condense en la superficie de la tubería. Se sabe que la humedad contribuye a muchos tipos diferentes de corrosión , por lo que generalmente se considera importante prevenir la formación de condensación en las tuberías.
El aislamiento de la tubería puede evitar la formación de condensación, ya que la temperatura de la superficie del aislamiento variará de la temperatura de la superficie de la tubería. No se producirá condensación, siempre que (a) la superficie de aislamiento esté por encima de la temperatura del punto de rocío del aire; y (b) el aislamiento incorpora alguna forma de barrera o retardador de vapor de agua que evita que el vapor de agua pase a través del aislamiento para formarse en la superficie de la tubería.
Congelación de tuberías
Dado que algunas tuberías de agua están ubicadas en el exterior o en áreas sin calefacción donde la temperatura ambiente puede caer ocasionalmente por debajo del punto de congelación del agua, el agua en las tuberías puede congelarse potencialmente. Cuando el agua se congela, se expande y esta expansión puede causar fallas en un sistema de tuberías de varias formas.
El aislamiento de las tuberías no puede evitar la congelación del agua estancada en las tuberías, pero puede aumentar el tiempo necesario para que se produzca la congelación, lo que reduce el riesgo de que el agua de las tuberías se congele. Por esta razón, se recomienda aislar las tuberías con riesgo de congelación, y las regulaciones locales de suministro de agua pueden requerir que se aplique aislamiento a las tuberías para reducir el riesgo de congelación. [1]
Para una longitud determinada, una tubería de menor diámetro contiene un volumen menor de agua que una tubería de mayor diámetro y, por lo tanto, el agua en una tubería de menor diámetro se congelará más fácilmente (y más rápidamente) que el agua en una tubería de mayor diámetro ( suponiendo entornos equivalentes). Dado que las tuberías de diámetro más pequeño presentan un mayor riesgo de congelación, el aislamiento se usa típicamente en combinación con métodos alternativos de prevención de congelación (p. Ej., Modulando trazas de cable calefactor o asegurando un flujo constante de agua a través de la tubería).
El ahorro de energía
Dado que las tuberías pueden operar a temperaturas muy alejadas de la temperatura ambiente, y la tasa de flujo de calor de una tubería está relacionada con la diferencia de temperatura entre la tubería y el aire ambiente circundante, el flujo de calor de las tuberías puede ser considerable. En muchas situaciones, este flujo de calor es indeseable. La aplicación de aislamiento térmico de tuberías introduce resistencia térmica y reduce el flujo de calor .
Los espesores del aislamiento térmico de las tuberías que se utilizan para ahorrar energía varían, pero como regla general, las tuberías que operan a temperaturas más extremas exhiben un mayor flujo de calor y se aplican espesores mayores debido a los mayores ahorros potenciales. [2]
La ubicación de las tuberías también influye en la selección del espesor del aislamiento. Por ejemplo, en algunas circunstancias, es posible que las tuberías de calefacción dentro de un edificio bien aislado no requieran aislamiento, ya que el calor que se "pierde" (es decir, el calor que fluye de la tubería al aire circundante) puede considerarse "útil" para la calefacción. el edificio, como tal, el calor "perdido" quedaría efectivamente atrapado por el aislamiento estructural de todos modos. [3] Por el contrario, dichas tuberías pueden aislarse para evitar el sobrecalentamiento o el enfriamiento innecesario en las habitaciones por las que pasa.
Protección contra temperaturas extremas
Cuando las tuberías funcionan a temperaturas extremadamente altas o bajas, existe la posibilidad de que se produzcan lesiones si alguna persona entra en contacto físico con la superficie de la tubería. El umbral para el dolor humano varía, pero varios estándares internacionales establecen límites de temperatura de contacto recomendados.
Dado que la temperatura de la superficie del aislamiento varía de la temperatura de la superficie de la tubería, típicamente de manera que la superficie del aislamiento tiene una temperatura "menos extrema", el aislamiento de la tubería se puede usar para llevar las temperaturas de contacto de la superficie a un rango seguro.
Control de ruido
Las tuberías pueden funcionar como un conducto para que el ruido viaje de una parte de un edificio a otra (un ejemplo típico de esto se puede ver con las tuberías de aguas residuales enrutadas dentro de un edificio). El aislamiento acústico puede evitar esta transferencia de ruido actuando para humedecer la pared de la tubería y realizando una función de desacoplamiento acústico dondequiera que la tubería pase a través de una pared o piso fijo y donde la tubería esté fijada mecánicamente.
Las tuberías también pueden irradiar ruido mecánico. En tales circunstancias, la ruptura del ruido de la pared de la tubería se puede lograr mediante un aislamiento acústico que incorpore una barrera de sonido de alta densidad .
Factores que influyen en el rendimiento
El rendimiento relativo de diferentes aislamientos de tuberías en cualquier aplicación determinada puede verse influido por muchos factores. Los principales factores son:
- Conductividad térmica (valor "k" o "λ")
- Emisividad de superficie (valor "ε")
- Resistencia al vapor de agua (valor "μ")
- Espesor de aislamiento
- Densidad
Otros factores, como el nivel de contenido de humedad y la apertura de las juntas, pueden influir en el rendimiento general del aislamiento de tuberías. Muchos de estos factores se enumeran en la norma internacional EN ISO 23993. [ cita requerida ]
Materiales
Los materiales de aislamiento de tuberías vienen en una gran variedad de formas, pero la mayoría de los materiales se incluyen en una de las siguientes categorías.
Lana mineral
Las lanas minerales , incluidas las lanas de roca y de escoria, son hebras inorgánicas de fibra mineral unidas mediante aglutinantes orgánicos. Las lanas minerales son capaces de operar a altas temperaturas y exhiben buenos índices de desempeño al fuego cuando se prueban. [4]
Las lanas minerales se utilizan en todo tipo de tuberías, particularmente en tuberías industriales que operan a temperaturas más altas. [5]
Lana de vidrio
La lana de vidrio es un material aislante fibroso de alta temperatura, similar a la lana mineral, donde las hebras inorgánicas de fibra de vidrio se unen mediante un aglutinante.
Al igual que con otras formas de lana mineral, el aislamiento de lana de vidrio se puede utilizar para aplicaciones térmicas y acústicas. [6]
Espumas elastoméricas flexibles
Se trata de espumas de caucho flexibles de celda cerrada a base de caucho NBR o EPDM . Las espumas elastoméricas flexibles exhiben una resistencia tan alta al paso de vapor de agua que generalmente no requieren barreras adicionales de vapor de agua. Esta alta resistencia al vapor, combinada con la alta emisividad superficial del caucho, permite que las espumas elastoméricas flexibles eviten la formación de condensación en la superficie con espesores comparativamente pequeños.
Como resultado, las espumas elastoméricas flexibles se utilizan ampliamente en tuberías de refrigeración y aire acondicionado. Las espumas elastoméricas flexibles también se utilizan en sistemas de calefacción y agua caliente.
Espuma rígida
El aislamiento de tuberías fabricado con aislamiento de espuma rígida fenólica , PIR o PUR es común en algunos países. El aislamiento de espuma rígida tiene un rendimiento acústico mínimo, pero puede presentar valores de conductividad térmica bajos de 0,021 W / (m · K) o menos, lo que permite cumplir la legislación de ahorro de energía mientras se utilizan espesores de aislamiento reducidos. [7]
Polietileno
El polietileno es un aislamiento de espuma de plástico flexible que se usa ampliamente para evitar la congelación de las tuberías de suministro de agua doméstica y para reducir la pérdida de calor de las tuberías de calefacción doméstica.
El comportamiento frente al fuego del polietileno es típicamente compatible con 25/50 E84 hasta un grosor de 1 ".
Vidrio celular
100% vidrio fabricado principalmente a partir de arena, piedra caliza y carbonato de sodio. Los aislamientos celulares se componen de pequeñas celdas individuales que se interconectan o se sellan entre sí para formar una estructura celular. El vidrio, los plásticos y el caucho pueden comprender el material base y se utilizan diversos agentes espumantes. Los aislamientos celulares a menudo se clasifican además como celdas abiertas (las celdas se interconectan) o celdas cerradas (celdas selladas entre sí). Generalmente, los materiales que tienen más del 90% de contenido de células cerradas se consideran materiales de células cerradas.
Aerogel
El aislamiento de aerogel de sílice tiene la conductividad térmica más baja de cualquier aislamiento producido comercialmente. Aunque ningún fabricante fabrica actualmente secciones de tubería de aerogel, es posible envolver la manta de aerogel alrededor de la tubería, lo que le permite funcionar como aislamiento de tubería.
Actualmente, el uso de aerogel para el aislamiento de tuberías es limitado.
Cálculos de flujo de calor y valor R
El flujo de calor que pasa a través del aislamiento de la tubería se puede calcular siguiendo las ecuaciones establecidas en las normas ASTM C 680 [8] o EN ISO 12241 [9] . El flujo de calor viene dado por la siguiente ecuación:
Dónde:
- es la temperatura interna de la tubería,
- es la temperatura ambiente externa, y
- es la suma de la resistencia térmica total de todas las capas de aislamiento y las resistencias de transferencia de calor de la superficie interna y externa.
Para calcular el flujo de calor, primero es necesario calcular la resistencia térmica (" valor R ") para cada capa de aislamiento.
Para el aislamiento de tuberías, el valor R varía no solo con el grosor del aislamiento y la conductividad térmica ("valor k"), sino también con el diámetro exterior de la tubería y la temperatura promedio del material. Por esta razón, es más común usar el valor de conductividad térmica al comparar la efectividad del aislamiento de tuberías, y los valores R del aislamiento de tuberías no están cubiertos por la regla de valor R de la FTC de EE. UU .
La resistencia térmica de cada capa de aislamiento se calcula utilizando la siguiente ecuación:
Dónde:
- representa el diámetro exterior del aislamiento,
- representa el diámetro interior del aislamiento,
- representa la conductividad térmica ("valor k") a la temperatura promedio de aislamiento (para obtener resultados precisos, se necesitan cálculos iterativos), y
- es cualquiera si se utilizará el cálculo de pérdida de calor para el cálculo del área o si va a usar .
El cálculo de la resistencia a la transferencia de calor de las superficies de aislamiento interior y exterior es más complejo y requiere el cálculo de los coeficientes de transferencia de calor de la superficie interior y exterior. Las ecuaciones para calcular esto se basan en resultados empíricos y varían de un estándar a otro (tanto ASTM C 680 como EN ISO 12241 contienen ecuaciones para estimar los coeficientes superficiales de transferencia de calor).
Varias organizaciones como la Asociación de Fabricantes de Aislamiento de América del Norte y Firo Insulation ofrecen programas gratuitos que permiten el cálculo del flujo de calor a través del aislamiento de tuberías.
Referencias
- ^ "Requisitos de aislamiento de tuberías de la ordenanza de agua del Reino Unido", Junta de cobre del Reino Unido, "Copia archivada" (PDF) . Archivado desde el original (PDF) el 30 de junio de 2015 . Consultado el 28 de junio de 2015 .CS1 maint: copia archivada como título ( enlace )
- ^ "Guía de espesor de aislamiento de tuberías", Asociación de proveedores y fabricantes de aislamiento térmico, http://timsa.associationhouse.org.uk/default.php?cmd=210&doc_category=98
- ^ "Passiv Haus no requiere tuberías de calefacción o refrigeración", PassivHaus Reino Unido, http://www.passivhaus.org.uk/index.jsp?id=668
- ^ "Descripción técnica de lana de roca", lana de roca, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/pipe-section-mat.aspx
- ^ "Aislamiento industrial de lana de roca", lana de roca, http://guide.rockwool.co.uk/products/industrial-(rti)/process-pipe.aspx
- ^ "Descripción técnica de la lana de vidrio", Knauf, http://www.knaufinsulation.co.uk/solutions/hvac/pipes/hvac_pipes_-_small_bore.aspx
- ^ "Descripción técnica de la espuma fenólica", Asociación Europea de Espuma Fenólica, http://www.epfa.org.uk/properties.htm Archivado el 23 de mayo de 2016 en el Archivo Web Portugués
- ^ "Norma de cálculo ASTM C 680" . Sociedad Americana para Pruebas y Materiales.
- ^ "Norma de cálculo EN ISO 12241" . Organización Internacional de Normalización.
enlaces externos
- Guía de diseño de aislamiento mecánico - Asociación nacional de aislamiento
- Valores R por material de aislamiento - InspectAPedia