Armacell: ¿cómo evitar la condensación?

Evitar la condensación en la superficie es un requisito mínimo que deben cumplir todos los aislamientos en instalaciones de baja temperatura, a largo plazo, incluso en condiciones adversas. Para conseguirlo, el aislamiento debe tener el espesor correcto. Otro factor crucial es la calidad tanto del material como de la mano de obra. Especialmente en instalaciones de frío, vale la pena que el aislamiento sea instalado por un profesional. A menudo, los especificadores e instaladores corren un riesgo incalculable si aceptan un aislamiento de calidad inferior para instalaciones de bajas temperaturas, por ejemplo utilizando materiales inadecuados o especificando e instalando aislamientos con espesores incorrectos. Generalmente, los aislamientos con espesores mínimos que evitan la condensación no están diseñados para evitar la reducción de pérdida de energía. Como muestran los resultados de un estudio llevado a cabo por Armacell, es posible obtener mayores ahorros de energía y de reducción en emisiones de CO₂ si se utilizan aislamientos con espesores mayores. Aislamientos de mejor calidad –por ejemplo, espesores superiores a los exigidos para el control de la condensación– requieren inversiones algo más altas, pero estas inversiones quedan compensadas por la mayor duración de su vida útil, permitiendo así importantes ahorros económicos transcurridos unos cuantos años.

La condensación
El aire contiene agua en su estado gaseoso. A una determinada temperatura y humedad relativa, el aire contiene una cantidad definida de vapor de agua. Si este aire se enfría, estará saturado al 100% de vapor de agua cuando alcance una determinada temperatura. Esta temperatura se conoce como el punto de rocío. Si el aire se enfriase aún más, una parte de esta agua ya no podría mantenerse en forma de vapor invisible, sino que se convertiría en gotas líquidas. Esto significa que el aire caliente presenta mayor capacidad de absorción de vapor de agua que el aire frío. El contenido de vapor de agua en el aire puede conocerse a partir de tablas publicadas en la  literatura especializada de uso habitual. Estas tablas indican hasta qué temperatura puede enfriarse  el aire con una humedad relativa determinada sin que ésta supere el 100%, con la consiguiente formación de condensación.

La temperatura no debe descender por debajo del punto de rocío
La aplicación de esta ley física al aislamiento en sistemas de refrigeración sostiene que el espesor del aislamiento debe evitar que las temperaturas en cualquier punto de la superficie del material nunca sean

inferiores a la temperatura del punto de rocío. En la práctica, pocas veces es posible obtener un producto con un espesor de aislamiento exacto, por lo que generalmente se selecciona un espesor mayor a continuación del calculado.

Sólo un espesor de aislamiento correcto proporcionará una protección óptima contra la condensación
Para calcular la temperatura de la superficie o el espesor del aislamiento necesario para garantizar que la temperatura en la superficie del aislamiento sea al menos igual que la del punto de rocío, tanto la temperatura de la instalación como las condiciones ambientales –temperatura ambiente y humedad relativa– deben conocerse o definirse como los valores máximos previstos, como parte del proceso de planificación. Además, es necesario determinar la conductividad térmica del material de aislamiento, el elemento (tubería/conducto, etc.) que va a ser aislado y el coeficiente de transferencia del calor de la superficie del aislamiento. Aunque estas fórmulas son probablemente conocidas, es imprescindible conocer de qué modo pueden influenciar los factores individuales en la definición del espesor del aislamiento y su rendimiento a largo plazo.

Factores influyentes

Las condiciones ambientales
A fin de determinar los espesores mínimos recomendados para el aislamiento en instalaciones de bajas temperaturas, deben utilizarse para llevar a cabo los cálculos las condiciones ambientales típicas. Los valores máximos enumerados en la Tabla 1 han sido proporcionados por instaladores, especificadores y operadores de plantas, y reflejan las condiciones utilizadas habitualmente al determinar el espesor del aislamiento en instalaciones de bajas temperaturas.

Un error común es infravalorar el impacto de la humedad relativa en el espesor del aislamiento necesario para evitar la condensación. Por ejemplo, en algunos sectores un aumento de la humedad en un 10% puede suponer que el espesor de aislamiento deberá ser el doble que el espesor inicialmente determinado.

La conductividad térmica del material de aislamiento
Los valores de conductividad térmica del material utilizado habitualmente para el aislamiento técnico oscilan entre 0,030 y 0,060 W/ (m×K). Un parámetro que influye en la conductividad térmica es la temperatura media. En el caso de materiales de aislamiento elastoméricos, como AF/ArmaFlex, la conductividad térmica aumenta a medida que sube la temperatura. Esto influye de manera significativa en el espesor del aislamiento porque cuanto más bajo sea el valor de la conductividad térmica, más delgado puede ser el espesor del aislamiento. Reconocidos proveedores de materiales de aislamiento sólo declaran la conductividad térmica de sus materiales en combinación con la temperatura media.

El coeficiente de transferencia del calor
El coeficiente de transferencia del calor depende del tipo de fluido, de la velocidad de flujo, del tipo de material superficial (rugoso o liso, brillante u oscuro), así como otros parámetros. El coeficiente superficial de transferencia de calor generalmente consiste en la transferencia del calor mediante convección y la transferencia del calor mediante radiación.

La convección contribuye sustancialmente a la mejora del coeficiente de transferencia de calor. Cuanto más rápido sea el flujo del aire ambiental, mayor es el transporte del calor. Por lo tanto, en la práctica y al diseñar una planta, es esencial asegurarse de que las tuberías y conductos tengan suficiente espacio entre ellos, del mismo modo que entre ellos y las paredes y con el resto de instalaciones. Si éste no es el caso, no sólo será difícil instalar el material de aislamiento de forma correcta, sino que también existe el peligro de la formación de una zona de acumulación. En estas zonas se impide la circulación del aire (convección) necesaria para mantener una temperatura superficial lo bastante alta, es decir, que en estas zonas de acumulación el coeficiente de transferencia de calor es más bajo (Figura 3). Como consecuencia, el riesgo de formación de condensación aumenta de forma significativa. 

Figura 3: Las zonas de acumulación impiden la transferencia convectiva de calor

Por lo tanto será necesario que haya una distancia de 100 mm entre las tuberías aisladas y entre las tuberías y la pared (o techo). En el caso de depósitos, equipos, etc., la distancia debería ser de incluso 1000 mm. Se describen más detalles en las normas correspondientes.

La radiación térmica es un tipo de transferencia de calor en la que éste se transfiere mediante ondas electromagnéticas. La transferencia de energía mediante radiación no está limitada a un medio de transferencia. A diferencia de la conducción o convección térmica (flujo de calor), la radiación térmica también puede propagarse por el vacío. En el caso de radiación térmica, el mecanismo de transferencia del calor consta de dos subprocesos:

• Emisión: en la superficie de un cuerpo con una alta temperatura, el calor se transforma en energía irradiada.
• Absorción: la radiación que entra en contacto con la superficie de un cuerpo con una temperatura más baja, se transforma en calor.

Los cuerpos de colores oscuros emiten más energía irradiada que los de colores claros. Por otra parte, los cuerpos de colores oscuros también absorben más energía térmica que los de colores claros.

La medición del poder de emisión de un material es el coeficiente de emisión e. La medición del poder de absorción es el coeficiente de absorción a. El poder de emisión de un cuerpo de un color determinado es tan grande como su poder de absorción. Un depósito totalmente negro tiene el máximo poder de absorción o de emisión. La Tabla 2 muestra los coeficientes de emisión y absorción de algunas superficies de sistemas de

aislamiento. Como muestra la tabla, es principalmente la naturaleza de la superficie del material de aislamiento o su recubrimiento –aparte de la influencia de otros cuerpos radiantes– lo que determina la contribución de la radiación a_S al coeficiente de transferencia de calor. Un material de aislamiento de caucho sintético absorbe mucha más energía térmica que, por ejemplo, una lámina de aluminio. Esto tiene un efecto sumamente positivo en el espesor del aislamiento necesario para evitar la condensación, es decir, a poder de absorción más alto, espesor del aislamiento menor. 

Tabla 2: Emisión (ε) de varias superficies

Determinación de los espesores del aislamiento
Un factor crucial a la hora de calcular el espesor del aislamiento necesario para evitar la condensación, es determinar si el elemento que va a aislarse es una superficie plana o un objeto cilíndrico (tubo). En el caso de objetos cilíndricos, deberán incluirse en el cálculo no sólo las condiciones ambientales, sino también el ratio logarítmico entre el diámetro del tubo aislado y el diámetro del tubo sin aislar. La consecuencia es que en el caso de tuberías pueden utilizarse aislamientos con espesores más finos para conseguir el mismo efecto (es decir, para obtener la misma temperatura de superficie) en comparación con superficies planas. La solución sólo puede determinarse de forma iterativa.

ArmWin de Armacell
Para evitar tener que llevar a cabo este complicado procedimiento, puede utilizarse el nuevo programa de cálculo ArmWin de Armacell. Aparte de determinar el espesor mínimo del aislamiento necesario para garantizar un control total de la condensación, este programa permite realizar todos los cálculos necesarios tanto en el sector de refrigeración y climatización, como en el de calefacción y fontanería. Armacell ha revisado totalmente su programa de cálculo y ahora ofrece ArmWin como herramienta útil, fácil de usar, tanto en modo en línea como fuera de línea, y también como app. En comparación con las versiones anteriores, los cálculos técnicos pueden realizarse de forma fácil y rápida. Los datos a introducir han sido reducidos al mínimo. Como nueva función incluye la posibilidad de introducir datos individuales en el proyecto en cuestión, así como almacenar los cálculos en formato PDF. Además, ArmWin proporciona varias funciones interactivas: los cálculos pueden enviarse directamente por correo electrónico, el programa está vinculado a la información sobre los productos en el sitio web de Armacell y las palabras clave están definidas en un glosario.

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