Radio critico de aislamiento

Conocemos que al adicionar más aislamiento a un objeto por ejemplo una pared, siempre disminuirá la transferencia  de calor. Mientras más grueso es el aislamiento, más bajo se transfiere calor. Esto se puede demostrar dado que el área de transferencia de calor es constante, pero mientras vamos poniendo aislamiento, el área va aumentando, por lo tanto aumenta la resistencia térmica de la pared. Pero cuando añadimos aislamiento a un cilindro o una esfera sucede algo muy diferente. El aislamiento que se añade, incrementa la resistencia térmica de conducción y también aumenta la resistencia de convección del cilindro/ esfera, cosa que no ocurre en la pared térmica.

 

 La razón dela transferencia de calor del tubo aislado hacia el aire circundante se puede expresar como

Ahora pára hallar el radio critico de aislamiento derivamos Q=0 y nos quedara:

Para una esfera, se realiza el mismo proceso dando como resultado: 

El valor del radio crítico alcanzará un máximo cuando k sea grande y h sea pequeño. Dado que el valor más bajo de h que se encuentra en la práctica es de alrededor de 5 W/m2· °C, para el caso de convección natural de los gases y que la conductividad térmica de los materiales aislantes comunes es alrededor de 0.05 W/m · °C, el valor más grande del radio crítico que probablemente se encuentra es

Si se añade también el efecto de radiación, este valor de Rcritico es aún más pequeño. Los radios críticos serían menores a ese valor porque el coeficiente externo debería sumársele el coeficiente de radiación para tener un coeficiente total o combinado

Por lo que, se puede con tranquilidad, aislar tubos y/o esferas sin preocuparnos que la transferencia de calor aumenta en vez de disminuir. 

El mantenimiento y depreciación en el aislante deberá ser aproximadamente 15-20% del costo inicial del aislante instalado. Esto se puede observar con mayor entendimiento en la siguiente gráfica

TIPOS DE AISLANTES TERMICOS

Atendiendo al tipo de material con el que se pretenda aislar podemos distinguir

1. Poliestireno extruido
2. Poliestireno expandid
3. Lanas minerales:
4. Lana de roca
5. Lana de vidrio
6. Otros productos:
7. Poliuretano
8. Paneles sándwich
9. Productos ligeros reflectantes 
10. Eco aislamiento

Las aplicaciones del radio critico de aislamiento por paredes, puede ser habitualmente encontrado en uso domestico, mientras que la aplicación en tuberías y esferas:

•    Proporcionar aislamiento térmico que mejore la eficiencia energética, reduciendo las pérdidas de calor y las emisiones de CO2
•        La seguridad, protegiendo al personal de las superficies calientes - frias 
•        Evitar y reducir la corrosión ocasionada por la humedad y la condensación
•        Reducir los niveles de ruido causados por la turbulencias, vibraciones,etc.
•    Ofrecer una protección pasiva contra incendios, mejorando la seguridad de la planta.

Para mas informacion del tema dejo el link a mi portafolio virtual:

http://eduportfolio.org/vues/view/169697

Resistencias termicas

Primero tenemos que definir ¿que es una resistencia?

donde L es el espesor, K la conductividad termica y A el area superficial

R es la resistencia termica de la pared contra la conduccion de calor.  Esta ecuacion anterior tambien puede utilizarse epara flujos de corriente electrica:

 donde V1-V2 es la caida del voltaje

RESISTENCIA POR CONVECCION

Esto es la resistencia a la convección de la superficie. A medida que el coeficiente h de conveccion aumente, la resistencia disminuira, esto significa que aquella superficie no tiene buena resistencia a la conveccion

RESISTENCIA POR RADIACION

Cuando la pared está rodeada por un gas, los efectos de la radiación, que hemos ignorado hasta ahora, pueden ser significativos y es posible que sea necesario considerarlos.


En la vida cotidiana se puede hallar medios donde existe conveccion y radiacion. Entonces habria un coeficiente h combinado que seria la suma de los coeficientes de conveccion y radiacion

:
RED DE RESISTENCIAS TERMICAS

Si considera la transferencia de calor unidimensional, estado estacionario sin generacion de calor y a traves de una pared como se muestra en la imagen. La transferencia de calor esta dada por:





PAREDES PLANAS DE VARIAS CAPAS

Considere una pared plana que consta de dos capas. La razón de la transferencia de calor estacionaria a través de esta pared compuesta de dos capas se puede expresar

Donde la caida de la temperatura se puede expresar como  Q*R = T1-T2

RESISTENCIA TERMICA POR CONTACTO

Es decir, una superficie es microscópicamente áspera sin importar cuán lisa parezca estar. Cuando dos superficies de ese tipo se comprimen una contra la otra, los picos forman buen contacto material, pero los valles formarán vacíos con aire. Como resultado, una interfase contendrá numerosas brechas de aire de tamaños variables que actúan como aislamiento debido a la baja conductividad térmica del aire. Considere la transferencia de calor a través de dos barras metálicas de área de sección transversal A que se comprimen una contra la otra:

donde la Hc es el coeficiente de conveccion en las brechas llamado tambien conductancia termica












REDES GENERALIZADAS DE RESISTENCIAS TÉRMICAS

También se puede usar el concepto de resistencia para resolver problema térmicas de transferencia de calor en estado estacionario que comprenden capas en paralelo o configuraciones combinadas serie-paralelo. . Considere la pared compuesta la cual consta de dos capas paralelas. La red de resistencias térmicas, que consta de dos resistencias en paralelo, se puede representar como se muestra en la figura. Puesto que la transferencia total de calor es la suma de las transferencias a través de cada capa, se tiene

Ahora que vimos todas estas ecuaciones de resistencia termica para una pared, podemos tambien expresar la resistencias termicas para cilindros y esferas

RESITENCIA TERMICA EN CILINDROS Y ESFERAS PARA CONDUCCION DE CALOR EN PARED

Ahora veamos la resistencia total para cilindros y esferas en series.

Supongamos que la imagen sea una esfera y no un cilindro. La ecuacion quedaria planteada:

RADIO CRÍTICO DE AISLAMIENTO 

Se sabe que al agregar más aislamiento a una pared o al ático siempre disminuye la transferencia de calor. Entre más grueso sea el aislamiento, más baja es la razón de la transferencia de calor. Esto es previsible ya que el área A de la transferencia de calor es constante y agregar aislamiento siempre incrementa la resistencia térmica de la pared sin incrementar la resistencia a la convección.

Entonces para sacar el radio critico, vamos a derivar :

Haciendo el mismo seguimiento pero para una esfera encontramos que el radio critico es: