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Calculadores energéticos y artículos sobre el uso de la energía, su eficiencia e impacto sobre el medio ambente. Aplicaciones prácticas Biblioteca - ISSN 2326-6880 |
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Aislamiento Térmico - Tuberías. Temperatura superficial vs el espesor del aislante. Fluidos fríos. Calculador
Agradeceremos nos haga llegar su opinión sobre el uso de este procesador y si le ha sido útil su contenido Objetivos.Introducción Introducción
En los materiales empleados para aislar tuberías encontramos la característica que el espesor del aislamiento va en aumento con el diámetro de la tubería. Esta solución la aportan los fabricantes de coquillas para asegurar que en las mismas condiciones de temperatura y humedad, todas las coquillas del mismo espesor nominal tienen la misma temperatura superficial, con independencia del diámetro, lo que permite ahorrarse el complicado cálculo del espesor de aislamiento necesario para cada diámetro de tubería. En los aislamientos cilíndricos, como las coquillas, se produce una concentración del flujo de calor debido a la reducción progresiva de la superficie al paso del calor en la dirección del flujo. A igual temperatura superficial, igual densidad de flujo calórico sobre la superficie del aislamiento. Al disminuir la superficie expuesta, se comporta como unas capas de resistencia al paso del calor, por lo que se reduce el espesor requerido. Para una temperatura superficial dada, en las coquillas es necesario menor espesor de aislamiento que en las superficies planas. No solo debemos asegurar que la temperatura de la superficie exterior sea superior a la de rocío bajo las condiciones ambientales, también es necesario que el material seleccionado garantice que el vapor no se difundirá a través del material aislante. Por lo anterior es una buena práctica comprobar en el momento de la selección del material que se cumplen ambas condiciones. A continuación se presentan los cálculos de espesor de coquillas realizados para condiciones ambientes y de proceso extrema. Hemos considerado unas condiciones severas. Las condiciones de los locales por donde esta tubería de agua fría atraviesa son sumamente críticas. Encontramos una temperatura elevada, 36 ºC, con una humedad relativa del 75%. Estas condiciones ambientes hacen que la tensión del vapor de agua en el aire sea alta y que el potencial que resulte para difundir el vapor en el material aislante sea potente. Si no tenemos en cuenta una buena barrera de vapor, seguro que tendremos penetración del vapor en el material aislante y con ello, condensaciones interiores, que nos deteriorarán el material. Este fenómeno severo es muy común encontrarlo en los sótanos de los grandes edificios administrativos y de servicios, dónde hay áreas destinadas a almacenes, cocinas, comedores, salas de máquinas, etc que tiene un ambiente caluroso y húmedo. O en los canales de servicios cercanos a estos locales. El agua fría o helada tiene que circular por las tuberías que estarán en contacto con un ambiente muy húmedo y caluroso. La Tabla que sigue determina el espesor de las coquillas destinadas a aislar un conjunto de tuberías que está bajo un régimen ambiente severo por las que circula un gas refrigerante a - 15 ºC. Se comprueba que en la medida que crece el diámetro interior de la coquilla, aumenta el espesor del aislamiento bajo iguales condiciones que equivalen a mantener constante la temperatura superficial exterior. Espesor del material aislante en función del diámetro interior de la coquilla.
El espesor límite es aquel que asegura que la temperatura superficial es igual a la de rocío bajo las condiciones ambientes. Ya vimos que se debe agregar un factor de seguridad sobre el espesor anterior y con ello garantizar que la temperatura superficial exterior del aislamiento será superior a la de rocío, impidiendo las condensaciones superficiales. Se comprueba la relación espesor creciente, diámetro de la coquilla creciente. Pero al determinar los espesores definitivamente tenemos que comprobar si valor calculado satisface compensar el potencial motriz o diferencial de presión de vapor de agua que se genera entre las condiciones ambientes y una capa de aire que exista entre la superficie exterior de la tubería helada y la superficie interior de la coquilla de aislamiento y que se haya infiltrado a través de una grieta del material aislante (una situación hipotética, pero que ocurre muy a menudo en la práctica) . La Tabla que sigue calcula el riesgo por difusión del vapor. Para el cálculo considera el mismo espesor empleado para determinar la resistencia térmica y con él se calcula la resistencia al paso del vapor de agua. Se compara este valor con el diferencial de presión de vapor y se determina el riesgo de que penetre el vapor en el material. Para determinar el diferencial de presión de vapor de agua (pv2-pv1) que se produce entre ambas caras de la superficie del material aislante, se determina la presión de vapor de agua en el aire ambiente a 36 ºC y 75 % de HR (pv2). Del otro lado de la superficie se asume una fina capa de aire infiltrada entre la superficie exterior de la tubería por dónde fluye el refrigerante a -15 ºC y la superficie interior de la coquilla del aislamiento, que se encuentre a 4 ºC y con una HR del 90 % (pv1). El cálculo de la caída de presión a través de la capa de aislante ∆Pv se ha calculado mediante la expresión ya vista antes, pero por su importancia la traemos aquí:
∆Pv caída de presión de vapor en el material aislante, en kPa. pv2 presión de vapor del aire anterior, en kPa. pv1 presión de vapor del aire posterior, en kPa. Rvm resistencia al vapor del aislante m, en MN s/g o mmHg m2 día/g. Rvtot resistencia al vapor total del aislant, en MN s/g o mmHg m2 día/g. Rvtot es el valor de la resistencia al paso del vapor que hay que garantizar colocando capas de material aislante e impermeables, en este caso Rvm = Rvtot por analizar un solo material. Resistencia a la penetración del vapor
El resultado es que el espesor límite anterior garantiza la resistencia para impedir el paso del vapor, en todos casos. La opción de colocar una capa exterior sobre la coquilla, solo será necesaria para garantizar mayor protección y reduciendo al máximo la probabilidad de que existan posibles puntos de infiltraciones de aire en la coquilla y se acumulen en las capas interiores frías. Por lo general en casi todos los países existen normativas que establecen exigencias que tienen que ser cumplidas desde la etapa de proyecto, durante el montaje y la explotación de las instalaciones térmicas y los edificios. Entre estas regulaciones se encuentran las referidas a los materiales de aislamiento y sus espesores, según el tipo de sistema térmico o construcción de que se trate y en correspondencia con las condiciones climáticas de las diferentes regiones geográficas. Calculador para determinar el espesor de la coquilla conociendo el resto de las variables que intervienen. Fluidos fríos. a) Se consideran las condiciones del ambiente exterior (t2, hr2, tr2, pv2) b) Se necesita la información de la temperatura del refrigerante o fluido frío dentro de la tubería, t1 c) Se requiere conocer el coeficiente de conductividad térmica λ y el coeficiente de permeabilidad al vapor δv, ambos del material aislante; y el coeficiente combinado de transferencia de calor del ambiente exterior (ho) de la tubería. d) Se requiere definir el diámetro interior de la coquilla, en m e) El calculador reportará el espesor del material e informará si este satisface la condición de evitar las condensaciones superficiales. Procedimiento: 1) Se determinan las propiedades de la capa 2 (aire ambiente), temperatura bulbo seco t2, humedad relativa hr2, temperatura de rocío tr2, presión de vapor de agua en el aire pv2, coeficiente combinado de transferencia de calor, ho -ho en tuberías verticales es de 7 a 10 kcal/m2-h-ºC (8 a 12 W/m2 - ºC) régimen forzado -ho en tuberías horizontales entre 5 y 9 kcal/m2-h-ºC (6 a 10 W/m2 - ºC) régimen forzado 2) Se determinan las propiedades de la capa 1 (aire infiltrado entre las superficies), temperatura bulbo seco t1, presión de vapor de agua en el aire pv1. 3) Se registra el diámetro interior de la duela, di, en m 4) Se corre el procesador. En el Panel de salida se muestran los resultados. Reporte del Bloque que valida los registros Debes registrar en el formulario el coeficiente de conductividad térmica | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
