Cálculo del espesor de aislamiento AF/Armaflex necesario para

INFORMACIÓN
T É C NI C A N . º 3
Cálculo del espesor de aislamiento AF/Armaflex
necesario para impedir la condensación
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Introducción
Desde el punto de vista histórico,
evitar el problema de la
condensación en el campo del frío
fue el principal reto que debía
superar un aislamiento térmico.
Por esto, el objetivo de cualquier
especificador en instalaciones de
frío industrial, refrigeración y
climatización que funcionan con
temperaturas de fluido inferiores a
la del rocío del ambiente es
conseguir que la superficie del
aislamiento permanezca seca.
En instalaciones que no están
aisladas correctamente, las gotas
de agua de condensación
perturbarían sensiblemente el
funcionamiento, causando daños
importantes. En esta Información
pretendemos analizar los factores
que intervienen en el proceso, así
como las formas de determinar el
espesor del aislamiento necesario
para evitar la condensación.
El fenómeno de la condensación
La condensación es un fenómeno
físico que se produce en una
superfície con temperatura inferior
a la del rocío del ambiente.
Atemperatura inferior a la del punto
de rocío, el vapor de agua
condensa en forma de gotas o
escarcha.
El aire caliente puede contener
mayor cantidad de vapor de agua
que el aire frío. Al enfriarlo se
produce un aumento de la
humedad relativa que puede llegar
al 100%. La temperatura a la cual
se alcanza esta saturación se llama
“punto de rocío”.
En una tubería de refrigeración
como la mostrada en la figura 1 se
formará hielo en la parte sin aislar
(a).
0ºC (b) o gotas de rocío si esta
temperatura está entre 0ºC y la
temperatura de rocío (c).
Con el espesor seleccionado en (d)
obtenemos una temperatura
superficial superior a la de rocío y
no se producirá condensación.
No obstante, si el espesor del
aislamiento es muy pequeño, se
seguirá formando escarcha si la
temperatura superficial es inferior a
Fig. 1.
© Armacell Iberia, S.A.
1
La solución con el aislamiento AF/Armaflex
Un buen aislamiento térmico puede
conseguir de forma continua y
permanente que la temperatura
superficial se mantenga por encima
de la de rocío del ambiente, con lo
que evitamos la condensación.
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Por ello hemos de exigir que el
aislamiento térmico reúna unos
requisitos adecuados de acuerdo
con las características técnicas del
material y con su comportamiento
en la práctica.
La elección del aislamiento térmico
flexible de espuma elastomérica
AF/Armaflex aporta una ventaja
excepcional respecto a los
aislamientos tradicionales y es que
su estructura de células cerradas
ofrece una efectiva barrera de
vapor en todo el aislamiento y su
alto factor de resistencia al vapor
de agua asegura un
comportamiento estable y
homogéneo al impedir la entrada
de vapor que se condensaría en el
interior del material aislante.
Otra característica del AF/Armaflex
es su flexibilidad, lo que le permite
adaptarse a cualquier tipo de
instalación, incluso los más
complicados codos y válvulas.
correctamente, el adhesivo
proporciona un sellado duradero y
resistente a la difusión del vapor de
agua. El sistema de soportes de
tuberías Armafix evita puentes
térmicos que se pueden originar en
las fijaciones y que dan lugar a la
formación de condensación en
estos puntos vulnerables de la
instalación.
Pero incluso un buen aislamiento
no evita la condensación si no se
usa un espesor idóneo cuyo cálculo
estudiaremos a continuación.
La gama de accesorios hace que
este sistema de aislamiento sea de
mayor confianza. Cuando se aplica
Cálculo del espesor de aislamiento AF/Armaflex necesario para evitar la
condensación
Factores que intervienen:
La humedad relativa HR.
Los factores más importantes son
los siguientes:
Las mismas fuentes anteriormente
citadas proveen de datos sobre la
humedad relativa, si bien hemos de
tener en cuenta que, a menudo, la
instalación está en salas de
máquinas, sótanos, patinillos y
zonas poco ventiladas, por lo que
escogeremos la humedad relativa
más alta de entre las posibles para
la temperatura ambiente antes
elegida.
1. La temperatura ambiente ua.
2. La humedad relativa HR.
3. La temperatura de la instalación
u i.
4. El coeficiente de conductividad
térmica l.
5. El coeficiente superficial de
transmisión de calor h, que
analizaremos a continuación.
La temperatura ambiente ua.
Esta temperatura es un dato que
puede obtenerse en varias fuentes.
Por ejemplo, los laboratorios
meteorológicos disponen de
valores de las localidades más
importantes. En la norma
UNE 100-01: climatización,
condiciones climáticas para
proyectos, aparece un resumen de
estos valores.
Para asegurarse que el valor de
cálculo garantiza la prevención de
condensación, el especificador
deberá escoger los valores
máximos para la temperatura
ambiente.
2
La temperatura de la instalación ui.
Este valor suele ser conocido por el
especificador que para cada
instalación dispone de datos
suministrados por el fabricante del
equipo sobre temperaturas de
impulsión y retorno.
Amodo de referencia citemos
algunas temperaturas interiores
más usuales:
– Agua fría sanitaria: 12-15 ºC
– Agua de retorno climatización
10-12 ºC
– Agua de impulsión climatización:
4-6 ºC
– Frío comercial (línea blanca):
hasta –24 ºC
El coeficiente de conductividad
térmica l del aislamiento
Este valor también aparece entre
los datos técnicos del fabricante, si
bien convendría hacer algunas
puntualizaciones, dado que está
influenciado por diversos factores:
– El coeficiente de conductividad
aumenta con la temperatura, por
lo que en un cálculo correcto
hemos de usar el valor para una
temperatura media entre la
interior y la ambiente.
– Este coeficiente aumenta
considerablemente si el
aislamiento se humedece, lo que
ocurre cuando no se dispone de
una efectiva barrera de vapor. Así
pues, no solo hemos de
considerar los valores del
coeficiente de conductividad, sino
que debemos tener muy en
cuenta el factor de resistencia a
la difusión del vapor de agua µ.
Cuanto mayor es este valor,
menor es el riesgo de que el
vapor de agua penetre en el
aislamiento, humedeciendo la
instalación y causando daños en
las tuberías, además de disminuir
sensiblemente el comportamiento
térmico del material aislante.
El coeficiente de conductividad
puede verse influenciado por el
envejecimiento del aislamiento,
por lo que el uso de un material
fiable garantiza un
comportamiento estable en un
largo período de tiempo.
– Finalmente, los valores
publicados del coeficiente de
conductividad y del factor de
resistencia al vapor de agua han
de coincidir con los valores reales
del producto. Por ello, esta
compañía ha tomado la iniciativa
de someterse a un Contrato de
Inspección y control con el
laboratorio de la Dirección
General para la Vivienda y
Arquitectura del Ministerio de
Fomento, quien mediante
inspecciones periódicas y toma
de muestras aleatorias somete a
ensayos el material para
garantizar que los valores
obtenidos coinciden con los
publicados.
El coeficiente superficial de transmisión de calor h.
Un concepto más complejo por menos conocido es el valor de este
coeficiente superficial de transmisión de calor, que se compone de dos
partes:
– hr coeficiente superficial debido a radiación,
– hc coeficiente superficial debido a convección.
Por la experiencia práctica del sistema aquí descrito en millones de
instalaciones en el campo del frío podemos recomendar los siguientes
valores:
– Aislamiento sin protección o pintado instalado en zonas ligeramente
ventiladas: 9 W/(m2 · K)
3
– Aislamiento recubierto con una lámina de acero galvanizado o instalado
en zonas con poca ventilación: 7 w/(m2 · K)
– Aislamiento recubierto con aluminio o instalado en compartimentos muy
estancos: 5 W/(m2 · K)
Cálculo de la temperatura de rocío.
La temperatura de rocío puede calcularse mediante el Diagrama de
Mollier.
La temperatura puede obtenerse de la siguiente fórmula:
ur = (((HR/100)^ 0,1247) · (109,8 + ua)) – 109,8 (1)
Ejemplo nº 1:
Para las condiciones dadas en el ejemplo anterior:
ua = 20 ºC HR = 60%
ur = (0,6^0,1247) · 129,8 + ua) – 109,8 = (0,9383 · 129,8) –109,8 = 11.99 ºC
Cálculo del espesor de aislamiento necesario para evitar la condensación
Superficies planas
El objeto de este cálculo es
conseguir que la temperatura
superficial del aislamiento sea o
superior a la de rocío.
Para su estudio consideremos la
pared plana de un depósito con
temperatura interior inferior a la
ambiente.
La cantidad de calor que pasa por
unidad de superficie, definida como
densidad de flujo de calor en la
norma UNE 92001, es:
g=
a- i
RT
(2)
Donde:
q: densidad de flujo de calor W/m2
ua : temperatura ambiente 0 ºC
ui : temperatura interior 0 ºC
RT: resistencia térmica total, dada
por:
RT =
1
hi
+
d
+
1
m2 · K/W (3)
he
hi = coeficiente superficial de
transmisión de calor interior
W/(m2K)
d = espesor del aislamiento m.
l = conductividad térmica
(W/(m · K))
he= coeficiente superficial de
transmisión de calor exterior
W/(m2K)
(Nótese que no hemos considerado
la resistencia debida a la superficie
metálica)
Esta densidad de flujo de calor
provoca una caída de temperatura
directamente proporcional a la
resistencia parcial, por lo que
podemos descomponer la fórmula
(2) de la siguiente manera:
a- i
q=
1
d
1
+
+
he
hi
3
a- i
q=
1
+
d
he
=
+
a - se
1
1
hi
he
q=
=
1
a- r
=
1
(5)
he
r- i
se - si
(4)
1
Y el espesor d:
r- i
d=
a- r
he
(6)
En este caso la temperatura de
rocío es de 27 ºC.
El coeficiente de conductividad
para la temperatura media es
aproximadamente de
0,037 W/(m · K)
(7)
Para el coeficiente superficial
tomamos, aplicando la fórmula (7)
d=
0,037
9
Sea un depósito con temperatura
interior mínima de 2 ºC en un
ambiente a 32 ºC y una humedad
relativa del 75%. Queremos
calcular el espesor del aislamiento
en planchas para evitar la
condensación.
d
·
se - si
Ejemplo nº 3
Y de aquí:
d
=
hi
he
3
se - si
d
Tomando el tercer y cuarto
miembro y haciendo la temperatura
superficial exterior (use) igual a la
temperatura de rocío (ur) y la
temperatura superficial interior (usi)
igual a ala interior (ui)
a- r
=
(27 - 2)
·
= 0,021 m
(32 - 27)
Es decir, usaríamos una plancha de
aislamiento referencia (R)
Superficies curvas
Véase información técnica nº 4
Cálculo del espesor de aislamiento AF/Armaflex necesario para impedir la
condensación mediante diagrama
Un método sencillo de obtener el
espesor de aislamiento en coquillas
o planchas (para superficies
planas) es usando el diagrama del
que nos da un valor aproximado
pero bastante fiable y que, además,
podemos constatar con los valores
obtenidos mediante cálculo.
Este diagrama es una recopilación
de los conceptos técnicos y cálculo
anteriormente citados.
Subir una perpendicular hasta que
corte a la humedad relativa.
Trazar una horizontal hasta la curva
del 100%.
Bajar una horizontal hasta la curva
del 100%.
La zona de unión nos da el espesor
aproximado de aislamiento
AF/Armfalex en coquillas , el
correspondiente a superficies
planas se obtendría trazando una
horizontal hasta la zona sombreada
de la izquierda.
Bajar una perpendicular que corte a
la primera recta.
Ejemplo nº 6
Comprobar en el diagrama el
resultado obtenido en el ejemplo nº 3
Conclusión
Sólo un buen aislamiento, que
reúna las características
adecuadas, puede asegurar de
manera permanente que la
condensación superficial no
acasione daños en l a instalación.
Uso del Diagrama
Unir la temperatura interior, parte
superior, con la ambiente, parte
inferior.
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