AISLANTE Y MATERIALES REFRACTARIOS(Traducción)

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5. AISLANTE Y MATERIALES REFRACTARIOS Programa Aislante y materiales refractarios: Tipos de aislamiento y aplicacin, espesor econmico del aislante, ahorros de calor y criterios de aplicacin, tipos de Refractarios, seleccin y aplicacin de materiales refractarios, prdida de calor.

5.1 Propsito del aislante Un aislante trmico es un conductor pobre del calor y tiene una conductividad trmica baja. El aislante se utiliza en edificios y en procesos de fabricacin para prevenir aumento o prdida de calor. Aunque su propsito primario es el econmico, tambin proporciona a un control ms exacto de temperaturas de proceso y a la proteccin del personal. Previene la condensacin en superficies fras y la corrosin resultante. Tales materiales son porosos, conteniendo gran nmero de clulas de aire inactivas. El aislante trmico entrega las siguientes ventajas: Reduce el consumo de energa total Las ofertas mejoran control de proceso manteniendo temperatura de proceso. Previene la corrosin guardando la superficie expuesta de un sistema refrigerado sobre el punto de condensacin. Proporciona a la proteccin contra los incendios al equipo. Absorbe la vibracin.

5.2 Tipos y aplicacin El aislante se puede clasificar en tres grupos segn las gamas de temperaturas para las cuales se utilizan. Aislantes de la baja temperatura (hasta 90C) Este rango cubre los materiales de aislamiento para los refrigeradores, los circuitos de agua fros y calientes, los tanques de almacenaje, etc. Los materiales de uso general son corcho, madera, magnesia al 85%, fibras minerales, poliuretano y poliestireno expandido, etc Aislantes medios de la temperatura (90 325C)

Los aisladores en este rango se utilizan en la baja temperatura, calefaccin y vapor levantando el equipo, las lneas de vapor, los conductos etc. del tubo. Los tipos de materiales usados en esta gama de temperaturas incluyen la magnesia del 85%, el asbesto, el silicato de calcio y las fibras minerales. etc. Aislantes de alta temperatura (325 C - arriba) Las aplicaciones tpicas de secador y los hornos super extensivamente usados de mineral, mica y vermiculita basada en aislante y fibra de Material de aislante Los materiales de aislante se pueden tambin clasificar en tipos orgnicos e inorgnicos. Los aislantes orgnicos se basan en los polmeros del hidrocarburo, que se pueden ampliar para obtener estructuras altamente vacas. Ejemplo: Thermocol (poliestireno ampliado) y forma polivinlica del uretano (PUF). El aislante inorgnico se basa en los materiales silceos/aluminosos/del calcio en formas fibrosas, granulares o del polvo. Ejemplo: Lanas minerales, silicato etc. del calcio.Las caractersticas de los materiales de aislamiento comunes estn como sigue: Silicato del calcio: Utilizado en la tubera de la planta del proceso industrial donde son necesarias la alta temperatura del servicio y la fuerza compresiva. Las gamas de temperaturas varan a partir del 40 C a 950 C. Lanas minerales de cristal: stos estn disponibles en formas flexibles, losas rgidas y secciones preformadas del trabajo del tubo. Bueno para el aislante termal y acstico para la calefaccin y las tuberas de refrigeracin del sistema. La gama de la aplicacin de temperaturas es - 10 a 500 C Thermocol: stos se utilizan principalmente como aislante fro para la tubera y la construccin de cmaras frigorficas. tales materiales son los sistemas del vapor, el calentados, etc. del horno. Los materiales ms este rango son asbesto, silicato del calcio, fibra basada en aislante, arcilla refractaria o silicona cermica.

Secciones de silicato de calcio Fig 5.1

Lana de vidrio mineral

Caucho de nitrilo ampliado: ste es un material flexible que forma una barrera integral del vapor de clula cerrada. Convertido originalmente para el control de la condensacin en trabajo del tubo de la refrigeracin y lneas de agua enfriadas; tambin utilizado hoy en da para el aislante de la canalizacin para el aire acondicionado. Lana mineral de roca: Esto est disponible en un rango de formas de productos laminados ligeros para las losas rgidas pesadas incluyendo secciones preformadas del tubo. Adems de buenas caractersticas del aislante trmica, puede tambin proporcionar aislamiento acstico y es retardante de incendios. Uso del aislante moldeado Los materiales del revestimiento se pueden obtener en bulto, bajo la forma de secciones moldeadas; semi-cilndricas para los tubos, losas para los buques, los bordes, las vlvulas etc. La ventaja principal de las secciones moldeadas es la facilidad de la aplicacin y del reemplazo al emprender las reparaciones para el revestimiento daado. La conductividad trmica de un material es la prdida de calor por rea de unidad por espesor del aislante de la unidad por diferencia de la temperatura de la unidad. La unidad de medida es W-m2/mC o W-m/C. La conductividad trmica de materiales aumenta con temperatura. Por lo tanto conductividad trmica se especifica siempre a la temperatura promedio (medio de las temperaturas calientes y fras de la cara) del material de aislante. Las conductividades trmicas de los materiales de aislante calientes y fros tpicos se dan en tabla 5.1 y el cuadro 5.2. Tabla 5.1.- Conductividad trmica de aislante de calor

Tabla 5.2.- Conductividad trmica del aislante fro

5.3 Clculo del espesor del aislante

El modelo ms bsico para el aislante en un tubo se muestra abajo. r1 muestra el radio exterior del tubo, r2 muestra el radio de la tubera+ aislante. La prdida de calor de una superficie se expresa como H = h X A x (Th-TA) Donde h = coeficiente de transferencia de calor, W/m2-K H =Prdidas de calor, Vatios Ta=Temperatura ambiente promedio, C. Ts= Temperatura superficial del aislante actual/deseada, C Th = temperatura superficial caliente (para la tubera de fluido caliente), C y temperatura superficial fra para tubera de fluido fro Para los tubos horizontales, el coeficiente de traspaso trmico se puede calcular con: h = (A + 0.005 (Th - TA)) x 10 W/m2-K Para los tubos verticales, h = (B + 0.009 (Th - TA)) x 10 W/m2-K Usando los coeficientes A, B segn lo dado abajo.

k = conductividad trmica del aislante en la temperatura indicada de Tm, W/mC tk = espesor del aislante, milmetros r1 = radio externo real del tubo, milmetros r2 = (r1 + tk)

Rs= Resistencia trmica de la superficie Rl = Resistencia del aislante =

El flujo del calor de la superficie del tubo y del ambiente se puede expresar como sigue: H= Flujo de Calor, en Watts

De la ecuacin antedicha, y para los Ts deseados, Rl puede ser calculado. De Rl y el valor de la conductividad trmica k conocida, espesor del aislante puede ser calculado. Espesor equivalente de aislamiento para tubera: 5.4 Espesor econmico del aislante (ETI) El aislante de cualquier sistema significa gastos en inversin de capital. Por lo tanto el factor ms importante de cualquier sistema de aislamiento es analizar el aislante trmico con respecto a coste. La eficacia del aislante sigue la ley de retornos en disminuciones. Por lo tanto, hay un lmite econmico definido a la cantidad de aislante, el cual es justificado. Un espesor grande es poco econmico y no se puede recuperar con pequeos ahorros de calor. Este valor lmite se llama como espesor econmico de aislamiento. Un caso ilustrativo se da en el cuadro 5.3. Cada industria tiene diversos costes del combustible y eficiencia de la caldera. Estos valores se pueden utilizar para calcular el espesor econmico del aislante. Esto muestra que el espesor para un conjunto dado de las condiciones resulta en el coste total ms inferior de aislamiento y prdida de calor combinado durante un periodo de tiempo dado. El cuadro siguiente 5.4 ilustra el principio de espesor econmico del aislante.

Aislante de Insulation50 milmetro comparado con el anuninsulatedpipe: litreoil 275-25= 250 Kcal/m260 por el aislante de year50 milmetro comparado con 100 milmetros de aislante: 25-15= 10Kcal/m9litreoil por yearHeat

Aislante de 50 milmetros comparado con la tubera sin aislante: 275-25= 250 Kcal/m

260 litros de combustible por ao Tubera de 50 mm de aislante comparado con la de 100 milmetros de aislante: 25-15= 10Kcal/m 9 litros de aislante por ao Cuadro 5.3 ilustracin del aislante ptimo El mtodo ms simple de analizar si usted debe utilizar 1 o aislante 2 o 3 el es comparando el coste de prdidas de energa con el coste de aislar el tubo. El espesor del aislante para el cual el coste total es mnimo se llama como espesor econmico. Referir la fig. 5.4 La curva que representa el coste total reduce inicialmente y despus de alcanzar el espesor econmico que corresponde al coste mnimo, aumenta. La determinacin del espesor econmico requiere la atencin a los factores siguientes. i. Coste de combustible ii. Horas de operacin anuales iii. Contenido de calor del combustible iv. Eficacia de la caldera v. Temperatura superficial de funcionamiento vi. Dimetro del tubo/espesor de la superficie vii. Coste estimado de aislante. viii. Exposicin promedio al ambiente manteniendo la temperatura del aire.

Figura5.4.- Determinacin del espesor econmico de aislamiento.

Procedimiento para calcular el espesor econmico del aislante Para explicar el concepto de espesor econmico del aislante, utilizaremos un ejemplo. (Referir el cuadro 5.3) considerar una tubera del vapor de 8 barras de 6 de dimetro que tiene longitud de 50 m. Evaluaremos el coste de prdidas de energa cuando utilizamos aislante de 1, 2 y 3 para descubrir el espesor ms econmico. Un procedimiento paso a paso se da abajo. 1. Establecer la temperatura superficial del tubo descubierto, por la medida. 2. Observar las dimensiones tales como superficie del dimetro, longitud y seccin del tubo considerado. 3. Asumir una temperatura ambiente media. Aqu, hemos tomado 30C. 4. Puesto que estamos haciendo los clculos para el espesor disponible en el comercio del aislante, algunos clculos de ensayo y del error sern requeridos para decidir la