INSTITUTO TECNOLÓGICO

DE CIUDAD MADERO

INGENIERIA MECÁNICA

MATERIA:

TRANSFERENCIA DE CALOR

PROFESOR:

ING. RODRÍGUEZ DE LA TORRE JOSÉ JAVIER

ALUMNO:

MAURICIO AYALA SANTIAGO

10071087

“AISLANTES”

ABRIL 2013

AISLANTES Un material aislante es aquel que, debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente unidos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos y, por ende, el paso de la corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de tensión entre dos puntos del mismo. En estos materiales para conseguir una determinada corriente sería necesario aplicar una tensión muchísimo más elevada que en el conductor; ello no ocurre dado que se produce antes la perforación de la aislación que el paso de una corriente eléctrica detectable. Se dice entonces que su resistividad es prácticamente infinita. Clasificación entre los aislantes: 1. Por su forma de aplicación: (a) Estratificados (fajados) (b) Sólidos (extruídos) Los aislantes estratificados, básicamente el papel, requieren, en los cables de potencia, la impregnación con un aceite fluido o masa aislante migrante o no migrante para lograr una alta rigidez dieléctrica. Este aislante, que cronológicamente fue el primero en aparecer, continúa en vigencia, especialmente en transmisión en altísima tensión (132, 220, 500 ó 750 kV) por su gran confiabilidad, derivada precisamente de su estratificación. Los aislantes sólidos son normalmente compuestos del tipo termoplástico o termoestable (reticulados) con distintas características, que fueron evolucionando a través del tiempo hasta nuestros días. (a) Policloruro de vinilo (PVC): Material termoplástico utilizado masivamente para la mayoría de los cables de uso domiciliario e industrial en baja tensión. Con el agregado de aditivos especiales en su formulación se logran variedades con resistencia a la propagación del incendio; reducida emisión de gases tóxicos y corrosivos. La temperatura de funcionamiento normal de este aislante es de 70°C. Los cables en PVC responden a las Normas IRAM 2178, 2268 y 2183, a la norma IEC 502, etc. (b) Polietileno reticulado (XLPE): Material termoestable (una vez reticulado no se ablanda con el calor) presenta mejores características eléctricas y térmicas que el PVC por lo que se lo utiliza en la construcción de cables de baja, media y alta tensión. La ausencia de halógenos en su composición hace que los gases, producto de su eventual combustión no sean corrosivos. Su termoestabilidad hace que puedan funcionar en forma permanente con temperaturas de 90°C en los conductores y 250°C durante 5 segundos en caso de cortocircuito. Los cables aislados en XLPE responden a las Normas IRAM (c) Goma etilén-propilénica: Material termoestable con características comparables con al XLPE pero más flexible. Su temperatura de funcionamiento es también de 90°C y 250°C durante 5 segundos para el caso de cortocircuitos. Los cables en ERP responden a las Normas IRAM 2178 e IEC 502 para baja y media tensión.

(d) Gomas libre de Halógenos: Materiales termoestables con excelentes características eléctricas y de gran flexibilidad con temperatura de funcionamiento de 90°C para servicio contínuo y 250°C durante 5 segundo para el cortocircuito. Además, debido a su composición emiten muy poco humo y cero gases halogenados (tóxicos y corrosivos), en caso de combustión, es decir que un material de tipo LOW SMOKE ZERO HALOGEN (LSOH).

Aislante térmico Un aislante térmico es un material usado en la construcción y la industria y caracterizado por su alta resistencia térmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que naturalmente tenderían a igualarse en temperatura, impidiendo que entre o salga calor del sistema que nos interesa (como una vivienda o una nevera). Uno de los mejores aislantes térmicos es el vacío, en el que el calor sólo se trasmite por radiación, pero debido a la gran dificultad para obtener y mantener condiciones de vacío se emplea en muy pocas ocasiones. En la práctica se utiliza mayoritariamente airecon baja humedad, que impide el paso del calor por conducción, gracias a su baja conductividad térmica, y por radiación, gracias a un bajo coeficiente de absorción. El aire sí transmite calor por convección, lo que reduce su capacidad de aislamiento. Por esta razón se utilizan como aislamiento térmico materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de celdillas más o menos estancas. Aunque en la mayoría de los casos el gas encerrado es aire común, en aislantes de poro cerrado (formados por burbujas no comunicadas entre sí, como en el caso del poliuretano proyectado), el gas utilizado como agente espumante es el que queda finalmente encerrado. También es posible utilizar otras combinaciones de gases distintas, pero su empleo está muy poco extendido.

Aislante térmico usado en una cabina de unBoeing 747-8.

Cuantificación de sus propiedades La cuantificación de las propiedades de un aislante es compleja, ya que cada material reacciona de manera diferente ante las diferentes trasmisiones del calor: radiación,convección, conducción, calor latente/calor sensible... y también según la temperatura a la que se encuentre. Para comparar materiales y realizar cálculos se utiliza habitualmente el coeficiente de conductividad térmica, que mide únicamente la conducción. Para que la comparación del coeficiente de dos materiales sea correcta, este debe ser medido a la misma temperatura en ambos.

Familias de materiales aislantes térmicos legalmente válidos en Europa Lana mineral (lana de roca), según la norma EN 13162 Poliestireno expandido, según la norma EN 13163 Poliestireno extruido, según la norma EN 13164 Espuma de poliuretano, de acuerdo con la norma EN 13165 Espuma de resina fenólica, de acuerdo con la norma EN 13 166 Espuma de vidrio (lana de vidrio), según la norma EN 13 167 Losas de lana de madera, según la norma EN 13168 (Holzwolle-Leichtbauplatte) Placas de perlita expandida de acuerdo con la norma EN 13169 Corcho expandido según EN 13170 Fibras de la madera según la norma EN 13171 (Wood wool). Otros materiales deben obtener una aprobación especial del país en concreto, o de la Organización Europea para las Aprobaciones Técnicas EOTA (European Organization for Technicals Approvals), situada en Bruselas (www.eota.be). Para el comportamiento ante incendios de los materiales, se sigue la normativa EN 13501. Materiales aislantes térmicos Existen muchos tipos de aislante térmico, alguno de los cuales se ha abandonado a lo largo de la historia. Aluminio Las pérdidas térmicas pueden ser por cambio de esatado (evaporación), por contacto (o convección) o por radiación (que crece con la cuarta potencia de la diferencia de temperaturas), logrando el aluminio reflejar, y así reducir, en un 97% las pérdidas por radiación térmica (tanto para enfriar protegiendo del sol, como ante el frío, para conservar el calor interior), siendo esta propiedad independiente del espesor de la capa de aluminio. Además el aluminio ofrece otra ventaja, al ser totalmente estanco/impermeable, e impedir el paso de agua y aire, bloqueando así las pérdidas por convección.

Corcho Es el material empleado desde más antiguamente para aislar. Normalmente se usa en forma de aglomerados, formando paneles. Habitualmente, estos paneles se fabrican a partir de corcho triturado y hervido a altas temperaturas. En general, no es necesario añadir ningún aglomerante para compactar los paneles. Su contenido en agua es inferior al 8%, y está compuesto en un 45% por suberina. Estas dos condiciones hacen que sea un producto imputrescible, al que no hay que tratar para protegerlo de hongos o microorganismos, al contrario que la madera. Otra ventaja respecto a otros materiales aislantes es la elevada inercia térmica que presenta. Esta característica lo convierte en un material idóneo para sistemas de aislamiento térmico por el exterior S.A.T.E. El 53% de la producción mundial de corcho se realiza en Portugal, y el 32% en España. Opciones de uso según DIN 4108-10. Densidad: 110 kg/m3 Normal, 100-160 (en placa), 65-150 (del árbol) Coeficiente de conductividad térmica: 0,039 W/(m·K) (según EN 13170 - 0,04 a 0,055) mu (resistividad al paso de vapor de agua) - 2 a 8 (del árbol), de 5 a 10 (n placa) c (calor específico) de 1600 a 1800 Algodón Se trata de papel de una manta de algodón. Densidad: 25-40 kg/m3 (lana soplada), 20-60 kg/m3 (lana en manta) Coeficiente de conductividad térmica: 0,04 W/(m·K) mu - 1 a 2 c (calor específico) aproximadamente 840 J/(kg·K) Arlita La arlita es un árido cerámico de gran ligereza. . Densidad: 300-800 kg/m3 (densidad aparente) Coeficiente de conductividad térmica: 0,08 W/(m·K) mu - 2 a 8 c (calor específico) aproximadamente 1100 J/(kg·K) Cáscaras de trigo, escanda Densidad: 90 kg/m3 (prensado) Coeficiente de conductividad térmica: 0,06 W/(m·K) mu - 1 a 2 c (calor específico) aproximadamente - J/(kg·K

Celulosa Se trata de papel de periódico reciclado molido, al que se le han añadido unas sales de borax, para darle propiedades ignífugas, insecticidas y antifúngicas. Se insufla en las cámaras o se proyecta en húmedo. Es un potente aislante estival e invernal, y tiene también propiedades de aislamiento acústico. Su mayor ventaja es que se comporta como la madera, equilibrando puntas de temperaturas a la vez que tiene una gran capacidad térmica de almacenamiento, se comporta de forma anticíclica durante 12 horas, manteniendo así el frescor matutino en verano durante las tardes. En Invierno protege contra el frío de forma similiar a como lo hace la madera. Densidad: 30-60 kg/m3 (o según otras fuentes, de 25 a 90 kg/m3) Coeficiente de conductividad térmica: 0,039 W/(m·K) mu - 1 a 2 c (calor específico) aproximadamente 1900 J/(kg·K) Fibra de madera Según la EN 13171. Opciones de uso según DIN 4108-10. Densidad: 30-60 kg/m3 (soplado), 130-250 kg/m3 (en manta) Coeficiente de conductividad térmica: 0,04-0,06 W/(m·K) mu - 5 a 10 c (calor específico) aproximadamente 1600-2100 J/(kg·K) Lana de madera Según EN 13168, opciones de uso según DIN 4108-10 Densidad: 350-600 kg/m3 (normal), 60-300 kg/m3 (múltiples capas) Coeficiente de conductividad térmica: 0,09-0,1 W/(m·K) mu - 2 a 5 c (calor específico) aproximadamente 2100 J/(kg·K) Cocos Densidad: 70-110 kg/m3 Coeficiente de conductividad térmica: 0,045-0,05 W/(m·K) mu - 1 a 2 c (calor específico) aproximadamente 1500 J/(kg·K) Cañas (Actualmente no existe ningún producto a base de caña aprobado para su uso en Alemania). Densidad: 190-220 kg/m3 (raspaduras), 20-40 kg/m3 (en manta) Coeficiente de conductividad térmica: 0,045-0,065 W/(m·K) mu - 2 c (calor específico) aproximadamente 1300 J/(kg·K)

Lana de roca La lana de roca es un material aislante térmico, incombustible e imputrescible. Este material se diferencia de otros aislantes en que es un material resistente al fuego, con un punto de fusión superior a los 1.200 °C. Las principales aplicaciones son el aislamiento de cubierta, tanto inclinada como plana (cubierta europea convencional, con lámina impermeabilizante autoprotegida), fachadasventiladas, fachadas monocapa, fachadas por el interior, particiones interiores, suelos acústicos y aislamiento de forjados. Cuando se tiene un techo de teja con machihembrado, se utiliza un fieltro sin revestimiento o bien otro con un papel kraft en una cara, lo que favorece la colocación. Además, se utiliza para la protección pasiva tanto de estructuras, como de instalaciones y penetraciones. La lana de roca se comercializa en paneles rígidos o semirígidos, fieltros, mantas armadas y coquillas. También es un excelente material para aislamiento acústico en construcción liviana, para suelos, techos y paredes interiores. Densidad: 30-160 kg/m³. Según EN 13162, en fibra de 20 a 150, en piedra de 25 a 220. Coeficiente de conductividad térmica: 0,034 a 0,041 W/(m·K). Según EN 13162, 0,035 a 0,05 Mu de 1 a 2 c (calor específico) aproximadamente 840 J/(kg·K) Manta Se trata de fibras de lana de roca entrelazadas. Es adecuada para aislar elementos constructivos horizontales, siempre que se coloque en la parte superior. En vertical necesita de sujección o grapas para evitar que acabe apelmazándose en la parte inferior del elemento y en la parte inferior de un elemento horizontal descolgado. Suelen venir protegidas por papel Kraft, papel embreado, o malla metálica ligera. Paneles rígidos Se trata de paneles aglomerados con alguna resina epoxídica, que da una cierta rigidez al aislante. Sirve para elementos constructivos verticales y horizontales por la parte inferior, a cambio de tener un coeficiente de conductividad ligeramente inferior al de la manta. Lana de vidrio Cuando se tiene un techo de tejas con un machihembrado y se lo desea aislar con lana de vidrio se debe usar un producto para tal fin, que es una lana de vidrio en paneles con mayor densidad, hidrófugo e higroscópico. Cuando se tiene un techo de chapa, la línea de producto que se debe utilizar es el trasdosado con una hoja de aluminio reforzado en una cara para que actúe de resistencia mecánica, como barrera de vapor y como material reflectivo. Como en el caso anterior se vende en forma de manta, de paneles aglomerados y coquillas de aislamiento de tuberías. Coeficiente de conductividad térmica lana vidrio:0,032 W/(m·ºK) a 0,044 W/(m·ºK) [cita requerida

Vidrio expandido Además de aislante es una barrera de vapor muy efectiva, lo que no suele ser normal en los aislantes térmicos y le hace muy adecuado para aislar puentes térmicos en la construcción, como pilares en muros de fachada. Está formado por vidrio, generalmente reciclado y sin problemas de tratar el color, puesto que no importa el color del producto, que se hace una espuma en caliente, dejando celdillas con gas encerrado, que actúan como aislante. Su rigidez le hace más adecuado que otros aislantes para poder recubrirlo de yeso. Es poco utilizado en la construcción. Es conocido también como Vidrio Celular y aún se fabrica actualmente, 2013, en España bajo esta última denominación. Poliestireno expandido (EPS) El material de espuma de poliestireno es un aislante derivado del petróleo y del gas natural, de los que se obtiene el polímero plásticoestireno en forma de gránulos. Para construir un bloque se incorpora en un recipiente metálico una cierta cantidad del material que tiene relación con la densidad final del mismo y se inyecta vapor de agua que expande los gránulos hasta formar el bloque. Este se corta en placas del espesor deseado para su comercialización mediante un alambre metálico caliente. Debido a su combustibilidad se le incorporan retardantes de llama, y se le denomina Difícilmente Inflamable. Posee un buen comportamiento térmico en densidades que van de 12 kg/m³ a 30 kg/m³ Tiene un coeficiente de conductividad de 0,034 a 0,045 W/(m·K), que depende de la densidad (por regla general, a mayor densidad menor coeficiente de conductividad) Es fácilmente atacable por la radiación ultravioleta por lo cual se lo debe proteger de la luz del sol Posee una alta resistencia a la absorción de agua No forma llama ya que al quemarse se sublima

Espuma celulósica El material de espuma de celulosa, posee una aceptable poder aislante térmico y es un buen absorbente acústico. Es ideal para aplicar por la parte inferior de galpones por ser un material completamente ignífugo de color blanco y por su rapidez al ser colocado. Se funde a temperaturas superiores a 45 ºC. Se utiliza poco en construcción. Coeficiente de conductividad térmica: 0,065 a 0,056 W/(m·K)

Espuma de polietileno La espuma de polietileno se caracteriza por ser económica, hidrófuga y fácil de colocar. Con respecto a su rendimiento térmico se puede decir que es de carácter medio. Su terminación es de color blanco o aluminio. Coeficiente de conductividad térmica: 0,036 a 0,046 W/(m·K

Estructura química del polietileno, a veces representada sólo como (CH2-CH2)n.

Film alveolar de polietileno De la misma manera, que la espuma de polietileno, como aislante térmico se utiliza simplemente el plástico de burbujas recubierto con el papel de aluminio. Las ventajas que tiene frente los otros aislantes son: espesor muy reducido (3-5 mm), instalación sencilla, su coste muy reducido; además es no inflamable y reciclable. Éste film se utiliza poco en construcción, y más habitualmente en equípos de aire acondicionado. Espuma de poliuretano La espuma de poliuretano es conocida por ser un material aislante de muy buen rendimiento. Tiene múltiples aplicaciones como aislante térmico tanto en construcción como en sectores industriales. Destaca en toda la cadena del frío por su alta eficiencia energérica Coeficiente de conductividad térmica: 0,023 W/(m·K Espuma elastomérica Es un aislante con un excelente rendimiento en baja y media temperatura y de fácil instalación, reduciendo al máximo los costos de mano de obra. Posee en su estructura una barrera de vapor y un comportamiento totalmente ignífugo. Coef. de conductividad: 0,030 kcal/h·m·°C Temperatura de trabajo óptima: -40 a 115 °C Es fácilmente atacable por la radiación ultravioleta por lo cual se lo debe proteger de la luz del sol.

Aerogel Como aislante térmico, el aerogel se presenta en mantas flexibles (rango de servicio: -40ºC a 650ºC o -270ºC a 90ºC). Solo se presenta en espesores de 5mm y 10mm. Tiene propiedades mecánicas grandes para el rendimiento que ofrece, es hidrófobo (repele la humedad), es permeable (deja pasar el aire/vapor), previene la corrosión bajo el aislamiento, es ignífugo (no se incendia) y es sumamente resistente al trato duro (pisotones, golpes, etcétera). Su instalación es intuitiva como sencilla, el material se puede cortar con tijeras o cutters, disminuyendo el tiempo y los costos de mano de obra excesivos. Densidad: 0.020g/cm³ (Aerogel monolítico), de 0.13g/cm³ a 0.18g/cm³ (Aerogel en manta flexible) Comparativa de espesor aislamiento Espesores equivalentes entre materiales: Para un material aislante clásico, valen 2 cm de espesor El espesor equivalente para Bloques ligeros de hormigón, hacen falta 6 cm. Para una viga de madera son 6,5 cm Para cerámica porosa se requieren 8 cm Para el adobe, se requieren 23,5 cm Para los ladrillos con agujeros verticales se necesitan 29 cm Para el ladrillo recocido compacto normal son 90 cm Y para un bloque masivo de hormigón, el espesor equivalente de aislamiento es 105 cm

BIBLIOGRAFÍA http://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_t%C3%A9rmico http://www.electropar.com.py/pdf/electricidad/Aislantes.pdf http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Aislantes%20y%20conductores.pdf http://www.iesdolmendesoto.org/wiki/index.php?title=Archivo:4._Conductores_y_aislantes.pdf http://www7.uc.cl/sw_educ/educacion/grecia/plano/html/pdfs/cra/fisica/NM4/RF4E_001.pdf