16 noviembre 2011

Guía básica para diseño de aplicaciones de aislamiento térmico industrial (1ª PARTE)





El aislamiento térmico industrial propicia interesantes oportunidades de ahorro energético con rápidas recuperación de la inversión. Pero es necesario estudiar con detalle cada aplicación y buscar soluciones eficaces que puedan resistir unas condiciones que muchas veces serán bastante particulares.
Mencionemos por ejemplo la necesidad de resolver problemas como los que aparecen por la humedad. Por ejemplo, los congeladores, tuberías frías y otros recipientes fríos requieren aislamiento y retardadores de vapor colocados en el lado caliente del aislamiento tan cerca como sea posible a la superficie caliente de cualquier aislamiento. El aislamiento en una tubería fría no tiene la oportunidad de secarse periódicamente. Por ello, el vapor no escapa del lado frío de cualquier tubería metálica. Por ello, el vapor no escapa del lado frío de una tubería metálica. Tales aplicaciones requieren que los materiales aislantes sean altamente resistentes al vapor de agua, o dispongan de una camisa o revestimiento altamente resistente al vapor cuya permeancia no sea superior a 0,6 ng/(sm2Pa).

Similares consideraciones se aplican en cámaras frigoríficas si están construidas en el interior de edificios calientes o en edificios separados. Los cuartos fríos operando por encima de la temperatura de congelación pueden experimentar algunos periodos de inversión de vapor en invierno, pero tal sequía es de poca ayuda. Los refrigeradores revestidos con cemento u otros materiales permeables al vapor permiten que pase una ligera cantidad de vapor, lo cual reduce la acumulación de humedad que penetra el retardador. Sin embargo, debe instalarse un retardador adecuado en el lado caliente con una permeancia no superior a 0,6 ng/(sm2Pa).
El aire puede infiltrarse a través de huecos en juntas, roturas o retardadores, o grietas donde tuberías u objetos similares penetran la pared. La apertura y cierre de las puertas de las cámaras frigoríficas también causa bombeo de aire, que pueden causar bombeo de aire, lo cual puede incrementar la infiltración de la humedad del aire.
El aislamiento de tuberías frías debe recibir especial atención cuando se expone a la temperatura ambiente o aire no acondicionado. En lugares húmedos, incluso con retardadores de vapor, camisas y sellos de vapor en juntas, inevitablemente se acumula la humedad. La humedad no solamente reduce la resistencia térmica del aislamiento, con consecuente goteo de agua y crecimiento de moho. Dependiendo de las condiciones del local, estos problemas pueden surgir en menos de 3 años, o pueden tardar 20 o 30 años en aparecer. La única solución es sustituir periódicamente el aislamiento, por lo que la instalación debe estar accesible. Como alternativa, los materiales aislantes de baja permeancia (0,6 ng(sm2Pa) se han usado para extender la vida del sistema y reducir la frecuencia de sustitución.

PRÁCTICAS DE AISLAMIENTO DE LOCALES INDUSTRIALES REFRIGERADOS

A continuación describimos las aplicaciones de aislamiento industrial de equipos refrigerados incluyendo: (1) tuberías; (2) depósitos; (3) conductos y (4) recintos refrigerados.
Tuberías
Las tuberías pequeñas se aíslan con secciones semicilíndricas de aislamiento, con camisas prefabricadas o con material celular cerrado. Las tuberías grandes pueden aislarse con material flexible o curvado. Los accesorios  están aislados con aislamientos específicos. Los métodos de fijación varían con el tamaño de la tubería, forma y masa del aislamiento, y el tipo de chaqueta.
Aislamiento de tuberías para prevenir congelación
Si la temperatura ambiental es baja durante largos periodos las tuberías pueden congelarse. Debemos calcular si realmente existe riesgo de congelación y posteriormente estimar el aislamiento necesario. Para calcular el tiempo ϴ (en horas) requerido para que el agua se enfríe a 0 ºC, puede usarse la siguiente ecuación:

Para calcular el caudal de agua necesario para mantener libre de hielo una tubería usaremos la siguiente ecuación:

Donde:
  • W = Caudal requerido para mantener la tubería libre de hielo, g/s
  • L = Longitud de la tubería expuesta, m


Resistencia entre el agua y la superficie interior de la tubería por metro de tubería = 0,13 mK/W
  • kw = Conductividad térmica de agua cerca de la congelación = 0,56 W/(mK)
  • Nu = Número de Nussel = 4,36 para flujo laminar completamente desarrollado y flujo de valor constante.


AISLAMIENTO DE TUBERÍAS SUBTERRÁNEAS

Los sistemas de tuberías subterráneas frías o calientes están sin aislar. El motivo es que proteger las tuberías subterráneas es más difícil que las tuberías sobre el suelo. Las condiciones de aguas subterráneas requieren diseños especiales para proteger las tuberías no aisladas de la corrosión.
Tuberías enterradas a temperaturas superiores al medio ambiente

Las tuberías para los sistemas calientes en túneles usualmente están cubiertas por aislamiento seccional y terminado con protección mecánica efectiva tales como metales o chaquetas a prueba de agua.

Tuberías enterradas a temperaturas por debajo del medio ambiente

Integralmente protegidas, las tuberías aisladas enterradas directamente en el suelo se usan comúnmente para agua fría. Sin embargo, ya que el calor no está disponible para expulsar la humedad, es importante una cobertura de protección contra el agua. También es muy importante un aislamiento con baja permeancia y absorción de agua. El vidrio celular con una protección apropiada se usa extensamente para este tipo de aplicación. Está aumentando también la aceptación de espumas plásticas, pero su rendimiento a largo plazo no está aún establecido.

Los conductos para tuberías de agua fría requieren una aproximación diferente que para las tuberías calientes. El aislamiento debe tener baja conductividad, y el diseño de conductos debe usar esta baja conductividad y mantener el rendimiento continuo. Los diseños más recientes usan aislamiento de espuma plástica de baja conductividad con tuberías plásticas como la tubería de transporte de agua interna y el conducto externo.

Donde la diferencia de temperatura entre la tubería a 4 ºC y el sueleo a 13 -16 ºC es pequeña, tamaño de tubería, longitud, y caudal pueden justificar económicamente el enterramiento directo sin aislamiento. Sin embargo, puede requerirse una buena protección de tubería.

VER 2ª PARTE
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