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Aislamiento Térmico. Superficies planas. Temperatura superficial vs el espesor del aislante. Calculador
Agradeceremos nos haga llegar su opinión sobre el uso de este procesador y si le ha sido útil su contenido
Objetivos.
Introducción
Calculador para determinar el espesor del material aislante en superficies planas
Formulario Registro de datos
Panel de salida
Introducción
Se presenta un Calculador Energético que facilitará seleccionar el espesor del material aislante si se conocen el resto de las variables que intervienen. El espesor reportado es el valor límite para que no se presenten condensaciones de vapor de agua sobre las superficies más frías. Ya conocemos que las condensaciones superficiales de vapor de agua se producen cuándo una de las caras de la superficie de la pared, muro, cerramiento, etc, se encuentra a una temperatura inferior a la temperatura de de confort, (alrededor de 24 a 26 ºC). Esto ocurre durante el invierno el caso de la calefacción. En el verano, cuándo una de las caras de la superficie de la pared, se encuentran a una temperatura inferior a la del ambiente.
Para mayor información sobre la transferencia de calor, puede consultarse las páginas anteriores que forman el Sistema Transferencia de Calor, las que explican los principales mecanismos que están presentes. Seguidamente colocamos vínculos hacia ellas, pero en el menú colocado en la izquierda superior de esta página, encontrará estos links y más.
Aislamiento Térmico. Sistema de Transferencia de Calor
Sistema de Transferencia de Calor y Aislamiento Térmico
Conducción del Calor
Convección. Transporte del Calor
Radiación de Calor
Coeficiente Global o Total
Aislamiento Térmico. Sistema de Transferencia de Calor
Aislamiento Térmico - Condensaciones superficiales
Aislamiento Térmico - Variación temperatura del fluido y la temperatura superficial en tuberías
Edificios_Factores Comunes
Psicometría - Mezclas Aire Vapor
Propiedades Vapor Saturado
Propiedades Vapor Recalentado
Propiedades Amoniaco Saturado
Propiedades Amoniaco Recalentado
Calculador para determinar el espesor del material aislante en superficies planas
Bases:
a)
Se consideran las resistencias combinadas (hc convección + hr radiación) del ambiente interior (hi) y exterior (ho)
b)
Abarca una superficie compuesta por 3 materiales, m1, m2 y m3
c) Uno de estos materiales se seleccionará cómo el aislante térmico
d)
El aislante puede colocarse en cualquiera de las 3 posiciones, m1, m2 y m3
e) El procesador identificará la posición del material aislante para lo que el usuario dejará vacio el campo o columna espesor
f) El procesador entonces calculará el espesor límite del material aislante
g) Se incluye el cálculo de la resistencia a la permeabilidad del vapor de agua
Procedimiento:
1) Se determinan las propiedades de la capa 1 ambiente, temperatura bulbo seco t1, humedad relativa hr1, temperatura de rocío tr1, presión de vapor de agua en el aire pv1.
2) Se determinan las propiedades de la capa 2 ambiente, temperatura bulbo seco t2, humedad relativa hr2, temperatura de rocío tr2, presión de vapor de agua en el aire pv2.
3) Se determinan los coeficientes de transferencia de calor combinados tanto para la capa exterior h1 cómo para la interior h2:
-paredes verticales es de 7 a 10 kcal/m2-h-ºC (8 a 12 W/m2 - ºC) régimen forzado
-paredes horizontales entre 5 y 9 kcal/m2-h-ºC (6 a 10 W/m2 - ºC) régimen forzado
4) Se requiere conocer el coeficiente de conductividad térmico λ y de permeabilidad al vapor de agua δv de cada material que forme la pared o muro, en este procesador hasta 3 materiales.
5) Se necesitan conocer los espesores de 2 de los 3 materiales que
forman la pared.
6) Ha sido programado en los códigos del calculador que se identifique la posición que ocupa el material aislante en la estructura de la pared, aquel cuyo espesor esté vacío y se haya registrado su coeficiente de conductividad térmico.
7) De no considerarse en la estructura las 3 capas de materiales m1, m2 y m3, se registrarán aquellas que realmente existan. En el caso del material aislante se registra su coeficiente de conductividad térmico y se deja vacío el espesor.
8)
De contar el problema con más de 3 capas, se pueden agregar previamente dos o más capas en una y registrar los parámetros del total que resulten, representativos del conjunto.
El procesador hará un primer cálculo de las resistencia térmicas, considerando los 2 materiales que el usuario registró sus espesores y el resto de las capas que intervienen. Sumará todas las resistencias térmicas calculadas y el total lo restará de la unidad. La diferencia calculada es equivalente a la resistencia del material aislante que necesitamos colocar para que la sumatoria de las resistencias sea la unidad. Ese espesor coincidirá con el valor de la resistencia que satisface la condición límite, donde la temperatura superficial de la pared alcanza la temperatura de rocío. Conocido el coeficiente de conductividad del material aislante, calculará el espesor límite correspondiente.
Con la información anterior se volverán a recalcular las temperaturas superficiales entre las capas que forman el conjunto.
El espesor límite calculado es recomendable agregarle un porciento de seguridad por encima de su valor.
Debemos satisfacer que la diferencia de temperaturas entre las zonas calientes y frías, respectos a sus temperaturas de rocío, sean mayores que cero ∆T>0. Este estado se alcanza cuándo la sumatoria de las resistencias térmicas al menos es algo mayor que la unidad. Respecto a la difusión del vapor, la sumatoria de las resistencias al paso del vapor debe ser mayor que la unidad. Para evitar tanto las condensaciones superficiales como la difusión del vapor a través de la pared, ambas resistencias (Rt y Rv) deben cumplir con la condición de ser > 1.
En el caso que el usuario decida probar registrar el espesor del material aislante e incumplir la regla de dejar vacío ese campo, el procesador no podrá identificar cual será la posición donde estará ubicada esa capa por lo que las diferencias de las temperaturas superficiales que componen la estructura respecto a la temperatura de rocío no serán consistentes con la realidad.
Panel de Salida |
Capa |
Espesor |
Conduct |
R. Térm. |
Temp.
entre
capas |
Permeab.
al Vapor |
Resistencia
al Vapor |
Hum. Relat. |
Presión
de Vapor |
Temp.
rocío |
Difer
t - tr |
e |
λ |
R |
t |
δv |
Rv |
HR |
Pv |
tr |
∆T |
m |
W/m- k |
m- k/W |
º C |
g/m-h-kPa |
m-h-kPa/g |
% |
kPa |
ºC |
ºC |
Aire int. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
Resist.
Superf.
h1 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
mat1 |
|
|
|
0 |
|
0.000 |
|
0.0000 |
|
0 |
mat2 |
|
|
|
0 |
|
0.000 |
|
0.0000 |
|
0 |
mat3 |
|
|
|
0 |
|
0.000 |
|
0.0000 |
|
0 |
Resist.
Superf.
h2 |
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
0 |
Aire ext. |
|
|
|
|
|
|
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0 |
Totales |
Rt = |
0 |
∆T=0 |
Rv = |
0 |
|
∆Pv =0 |
|
|
Si Rt =1 la resistencia térmica está en el límite. Debe agregarse al espesor reportado un porciento de seguridad (+ 5 al 10 %)
Si Rv >1 el vapor de agua contenido en el aire no se difundirá a través de la pared.
Habrá que satisfacer ambas condiciones. Tanto Rt como Rv tienen que ser > 1 |
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Sobre el Autor: René Francisco Ruano Domínguez tiene más de 40 años de experiencia realizando trabajos de ingeniería y reparaciones en sistemas y equipos energéticos, tanto en los que utilizan energía fósil como fuentes renovables. Se inició como Operador de Planta, posteriormente Tecnólogo y más tarde, Gerente Técnico en Plantas de Conversión y Refinación de Fuel Oil y Nafta. Ha sido Fundador y Gerente Técnico de Equipos de Ingeniería Energética, dirigidos al Proyecto, al Montaje y a los Servicios Técnicos en los Sistemas de Calor y Frío, abarcando la generación, distribución , uso y control del vapor y el agua caliente. En los Sistemas de Frío, en equipos de bajas temperaturas (refrigeración y producción de hielo), medianas temperaturas (conservación) y altas temperaturas (Aire Acondicionado), tanto en industrias como en comercios. Desde hace 10 años, se dedica a la programación de Calculadores, Instructivos y Artículos Técnicos, con el fin de expresar experiencias simplificándo la información de alto valor agregado, programando materiales online que transmiten y miden la eficiencia y los niveles de contaminación por el uso de la energía, en equipos y sistemas energéticos. Aspira que todos los interesados puedan acceder, informarse y actuar para bien de nuestro Planeta y de sus economías |
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