El aislamiento de tuberías es un aislamiento térmico o acústico utilizado en tuberías.
Cuando las tuberías funcionan a temperaturas inferiores a la ambiente, existe la posibilidad de que el vapor de agua se condense en la superficie de la tubería. Se sabe que la humedad contribuye a muchos tipos diferentes de corrosión , por lo que prevenir la formación de condensación en las tuberías suele considerarse importante.
El aislamiento de tuberías puede evitar la formación de condensación, ya que la temperatura de la superficie del aislamiento variará con respecto a la temperatura de la superficie de la tubería. No se producirá condensación siempre que (a) la superficie del aislamiento esté por encima de la temperatura del punto de rocío del aire; y (b) el aislamiento incorpore algún tipo de barrera o retardador de vapor de agua que impida que el vapor de agua pase a través del aislamiento para formarse en la superficie de la tubería.
Dado que algunas tuberías de agua se encuentran en el exterior o en áreas sin calefacción donde la temperatura ambiente puede descender ocasionalmente por debajo del punto de congelación del agua, el agua que se encuentre en las tuberías puede congelarse. Cuando el agua se congela, se expande y esta expansión puede provocar fallas en un sistema de tuberías de varias maneras.
El aislamiento de las tuberías no puede evitar que el agua estancada se congele, pero puede aumentar el tiempo necesario para que se produzca el congelamiento, lo que reduce el riesgo de que el agua de las tuberías se congele. Por este motivo, se recomienda aislar las tuberías que corran riesgo de congelarse, y las normativas locales sobre suministro de agua pueden exigir que se aplique un aislamiento a las tuberías para reducir el riesgo de congelamiento de las mismas. [1] [2]
Para una longitud determinada, una tubería de diámetro menor contiene un volumen de agua menor que una tubería de diámetro mayor y, por lo tanto, el agua en una tubería de diámetro menor se congelará más fácilmente (y más rápidamente) que el agua en una tubería de diámetro mayor (suponiendo que los entornos sean equivalentes). Dado que las tuberías de diámetro menor presentan un mayor riesgo de congelación, el aislamiento se utiliza normalmente en combinación con métodos alternativos de prevención de la congelación (por ejemplo, modulando el cable calefactor o asegurando un flujo constante de agua a través de la tubería).
Dado que las tuberías pueden funcionar a temperaturas muy alejadas de la temperatura ambiente y que la velocidad del flujo de calor de una tubería está relacionada con la diferencia de temperatura entre la tubería y el aire ambiente circundante, el flujo de calor de las tuberías puede ser considerable. En muchas situaciones, este flujo de calor es indeseable. La aplicación de aislamiento térmico de tuberías introduce resistencia térmica y reduce el flujo de calor .
Los espesores del aislamiento térmico de las tuberías utilizadas para ahorrar energía varían, pero como regla general, las tuberías que funcionan a temperaturas más extremas exhiben un mayor flujo de calor y se aplican espesores mayores debido al mayor potencial de ahorro. [3]
La ubicación de las tuberías también influye en la selección del espesor del aislamiento. Por ejemplo, en algunas circunstancias, las tuberías de calefacción dentro de un edificio bien aislado podrían no requerir aislamiento, ya que el calor que se "pierde" (es decir, el calor que fluye desde la tubería al aire circundante) puede considerarse "útil" para calentar el edificio, ya que dicho calor "perdido" quedaría efectivamente atrapado por el aislamiento estructural de todos modos. [4] Por el contrario, dichas tuberías pueden aislarse para evitar el sobrecalentamiento o el enfriamiento innecesario en las habitaciones por las que pasan.
Cuando las tuberías funcionan a temperaturas extremadamente altas o bajas, existe la posibilidad de que se produzcan lesiones si alguna persona entra en contacto físico con la superficie de la tubería. El umbral del dolor humano varía, pero varias normas internacionales establecen límites de temperatura de contacto recomendados.
Dado que la temperatura de la superficie del aislamiento varía de la temperatura de la superficie de la tubería, normalmente de modo que la superficie del aislamiento tiene una temperatura "menos extrema", el aislamiento de la tubería se puede utilizar para llevar las temperaturas de contacto de la superficie a un rango seguro.
Las tuberías pueden funcionar como un conducto para que el ruido se propague de una parte de un edificio a otra (un ejemplo típico de esto se puede ver en las tuberías de aguas residuales que se encuentran dentro de un edificio). El aislamiento acústico puede evitar esta transferencia de ruido al actuar como amortiguador de la pared de la tubería y realizar una función de desacoplamiento acústico allí donde la tubería pase a través de una pared o piso fijo y allí donde la tubería esté fijada mecánicamente.
Las tuberías también pueden emitir ruido mecánico. En tales circunstancias, la salida del ruido de la pared de la tubería se puede lograr mediante un aislamiento acústico que incorpore una barrera de sonido de alta densidad .
El rendimiento relativo de los distintos tipos de aislamiento de tuberías en una aplicación determinada puede verse afectado por muchos factores. Los principales son:
Otros factores, como el nivel de contenido de humedad y la apertura de las juntas, pueden influir en el rendimiento general del aislamiento de las tuberías. Muchos de estos factores se enumeran en la norma internacional EN ISO 23993. [ cita requerida ]
Los materiales de aislamiento de tuberías vienen en una gran variedad de formas, pero la mayoría de los materiales caen en una de las siguientes categorías.
Las lanas minerales , incluidas las lanas de roca y de escoria, son hebras inorgánicas de fibra mineral unidas entre sí mediante aglutinantes orgánicos. Las lanas minerales pueden funcionar a altas temperaturas y presentan buenas calificaciones de rendimiento frente al fuego cuando se las prueba. [5]
Las lanas minerales se utilizan en todo tipo de tuberías, especialmente en las tuberías industriales que funcionan a temperaturas más altas. [6]
La lana de vidrio es un material aislante fibroso de alta temperatura, similar a la lana mineral, en el que las hebras inorgánicas de fibra de vidrio se unen entre sí mediante un aglutinante.
Al igual que otras formas de lana mineral, el aislamiento de lana de vidrio se puede utilizar para aplicaciones térmicas y acústicas. [7]
Se trata de espumas de caucho flexibles de celdas cerradas a base de caucho NBR o EPDM . Las espumas elastoméricas flexibles presentan una resistencia tan alta al paso del vapor de agua que, por lo general, no requieren barreras de vapor de agua adicionales. Esta alta resistencia al vapor, combinada con la alta emisividad superficial del caucho, permite que las espumas elastoméricas flexibles eviten la formación de condensación superficial con espesores comparativamente pequeños.
Como resultado, las espumas elastoméricas flexibles se utilizan ampliamente en tuberías de refrigeración y aire acondicionado. Las espumas elastoméricas flexibles también se utilizan en sistemas de calefacción y agua caliente.
El aislamiento de tuberías fabricado con espuma rígida de poliuretano , PIR o fenólico es común en algunos países. El aislamiento de espuma rígida tiene un rendimiento acústico mínimo, pero puede presentar valores bajos de conductividad térmica de 0,021 W/(m·K) o inferiores, lo que permite cumplir con la legislación de ahorro de energía mientras se utilizan espesores de aislamiento reducidos. [8]
El polietileno es un aislamiento de espuma plástica flexible que se utiliza ampliamente para evitar la congelación de las tuberías de suministro de agua doméstica y para reducir la pérdida de calor de las tuberías de calefacción doméstica.
El rendimiento contra incendios del polietileno generalmente cumple con la norma 25/50 E84 hasta un espesor de 1".
100% de vidrio fabricado principalmente a partir de arena, piedra caliza y carbonato de sodio. Los aislamientos celulares están compuestos de pequeñas celdas individuales que se interconectan o sellan entre sí para formar una estructura celular. El vidrio, los plásticos y el caucho pueden constituir el material base y se utilizan diversos agentes espumantes. Los aislamientos celulares suelen clasificarse además como de celda abierta (las celdas se interconectan) o de celda cerrada (las celdas están selladas entre sí). En general, los materiales que tienen más del 90 % de contenido de celdas cerradas se consideran materiales de celda cerrada.
El aislamiento de aerogel de sílice tiene la conductividad térmica más baja de todos los aislamientos producidos comercialmente. Aunque actualmente ningún fabricante fabrica secciones de tuberías de aerogel, es posible envolver las tuberías con una manta de aerogel, lo que permite que funcione como aislamiento de tuberías.
El uso de aerogel para el aislamiento de tuberías actualmente es limitado.
El flujo de calor que pasa a través del aislamiento de las tuberías se puede calcular siguiendo las ecuaciones establecidas en las normas ASTM C 680 [9] o EN ISO 12241 [10] . El flujo de calor se obtiene mediante la siguiente ecuación:
Dónde:
Para calcular el flujo de calor, primero es necesario calcular la resistencia térmica (" valor R ") para cada capa de aislamiento.
En el caso del aislamiento de tuberías, el valor R varía no solo con el espesor del aislamiento y la conductividad térmica ("valor k"), sino también con el diámetro exterior de la tubería y la temperatura media del material. Por este motivo, es más habitual utilizar el valor de conductividad térmica al comparar la eficacia del aislamiento de tuberías, y los valores R del aislamiento de tuberías no están contemplados en la norma de valores R de la Comisión Federal de Comercio de los Estados Unidos. Archivado el 31 de diciembre de 2007 en Wayback Machine .
La resistencia térmica de cada capa de aislamiento se calcula mediante la siguiente ecuación:
Dónde:
El cálculo de la resistencia a la transferencia de calor de las superficies de aislamiento internas y externas es más complejo y requiere el cálculo de los coeficientes de transferencia de calor de las superficies internas y externas. Las ecuaciones para calcular esto se basan en resultados empíricos y varían de una norma a otra (tanto la ASTM C 680 como la EN ISO 12241 contienen ecuaciones para estimar los coeficientes de transferencia de calor de las superficies).
Varias organizaciones, como la Asociación de Fabricantes de Aislamiento de América del Norte y Firo Insulation, ofrecen programas gratuitos que permiten calcular el flujo de calor a través del aislamiento de tuberías.
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