Aislante térmico

INSTITUTOTECNOLÓGICO
DE CIUDAD MADERO
INGENIERIA MECÁNICA
MATERIA:
TRANSFERENCIA DE CALOR
PROFESOR:
ING. RODRÍGUEZ DE LA TORRE JOSÉ JAVIER
ALUMNO:
MAURICIO AYALA SANTIAGO
10071087
“AISLANTES”
ABRIL 2013

AISLANTES
Un material aislante es aquel que, debido a que los electrones de sus átomos están fuertemente
unidos a sus núcleos, prácticamente no permite sus desplazamientos y, por ende, el paso de la
corriente eléctrica cuando se aplica una diferencia de tensión entre dos puntos del mismo.
En estos materiales para conseguir una determinada corriente sería necesario aplicar una tensión
muchísimo más elevada que en el conductor; ello no ocurre dado que se produce antes la
perforación de la aislación que el paso de una corriente eléctrica detectable. Se dice entonces que su
resistividad es prácticamente infinita.
Clasificación entre los aislantes:
1. Por su forma de aplicación:
(a) Estratificados (fajados)
(b) Sólidos (extruídos)
Los aislantes estratificados, básicamente el papel, requieren, en los cables de potencia, la
impregnación con un aceite fluido o masa aislante migrante o no migrante para lograr una alta
rigidez dieléctrica.
Este aislante, que cronológicamente fue el primero en aparecer, continúa en vigencia, especialmente
en transmisión en altísima tensión (132, 220, 500 ó 750 kV) por su gran confiabilidad, derivada
precisamente de su estratificación.
Los aislantes sólidos son normalmente compuestos del tipo termoplástico o termoestable
(reticulados) con distintas características, que fueron evolucionando a través del tiempo hasta
nuestros días.
(a) Policloruro de vinilo (PVC):
Material termoplástico utilizado masivamente para la mayoría de los cables de uso domiciliario e
industrial en baja tensión. Con el agregado de aditivos especiales en su formulación se logran
variedades con resistencia a la propagación del incendio; reducida emisión de gases tóxicos y
corrosivos.
La temperatura de funcionamiento normal de este aislante es de 70°C. Los cables en PVC
responden a las Normas IRAM 2178, 2268 y 2183, a la norma IEC 502, etc.
(b) Polietileno reticulado (XLPE):
Material termoestable (una vez reticulado no se ablanda con el calor) presenta mejores
características eléctricas y térmicas que el PVC por lo que se lo utiliza en la construcción de cables
de baja, media y alta tensión.
La ausencia de halógenos en su composición hace que los gases, producto de su eventual
combustión no sean corrosivos. Su termoestabilidad hace que puedan funcionar en forma
permanente con temperaturas de 90°C en los conductores y
250°C durante 5 segundos en caso de cortocircuito.
Los cables aislados en XLPE responden a las Normas IRAM
(c) Goma etilén-propilénica:
Material termoestable con características comparables con al XLPE pero más flexible. Su
temperatura de funcionamiento es también de 90°C y 250°C durante 5 segundos para el caso de
cortocircuitos.
Los cables en ERP responden a las Normas IRAM 2178 e IEC 502 para baja y media tensión.

(d) Gomas libre de Halógenos:
Materiales termoestables con excelentes características eléctricas y de gran flexibilidad con
temperatura de funcionamiento de 90°C para servicio contínuo y
250°C durante 5 segundo para el cortocircuito. Además, debido a su composición emiten muy poco
humo y cero gases halogenados (tóxicos y corrosivos), en caso de combustión, es decir que un
material de tipo LOW SMOKE ZERO HALOGEN
(LSOH).
Aislante térmico
Un aislante térmico es un material usado en la construcción y la industria y caracterizado
por su alta resistencia térmica. Establece una barrera al paso del calor entre dos medios que
naturalmente tenderían a igualarse en temperatura, impidiendo que entre o salga calor del
sistema que nos interesa (como una vivienda o una nevera).
Uno de los mejores aislantes térmicos es el vacío, en el que el calor sólo se trasmite
por radiación, pero debido a la gran dificultad para obtener y mantener condiciones de
vacío se emplea en muy pocas ocasiones. En la práctica se utiliza mayoritariamente airecon
baja humedad, que impide el paso del calor por conducción, gracias a su baja conductividad
térmica, y por radiación, gracias a un bajo coeficiente de absorción.
El aire sí transmite calor por convección, lo que reduce su capacidad de aislamiento. Por
esta razón se utilizan como aislamiento térmico materiales porosos o fibrosos, capaces de
inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de celdillas más o menos estancas.
Aunque en la mayoría de los casos el gas encerrado es aire común, en aislantes de poro
cerrado (formados por burbujas no comunicadas entre sí, como en el caso del poliuretano
proyectado), el gas utilizado como agente espumante es el que queda finalmente encerrado.
También es posible utilizar otras combinaciones de gases distintas, pero su empleo está
muy poco extendido.
Aislante térmico usado en una cabina de unBoeing 747-8.

Cuantificación de sus propiedades
La cuantificación de las propiedades de un aislante es compleja, ya que cada material
reacciona de manera diferente ante las diferentes trasmisiones del
calor: radiación,convección, conducción, calor latente/calor sensible... y también según la
temperatura a la que se encuentre.
Para comparar materiales y realizar cálculos se utiliza habitualmente el coeficiente de
conductividad térmica, que mide únicamente la conducción. Para que la comparación del
coeficiente de dos materiales sea correcta, este debe ser medido a la misma temperatura en
ambos.
Familias de materiales aislantes térmicos legalmente válidos en Europa
Lana mineral (lana de roca), según la norma EN 13162
Poliestireno expandido, según la norma EN 13163
Poliestireno extruido, según la norma EN 13164
Espuma de poliuretano, de acuerdo con la norma EN 13165
Espuma de resina fenólica, de acuerdo con la norma EN 13 166
Espuma de vidrio (lana de vidrio), según la norma EN 13 167
Losas de lana de madera, según la norma EN 13168 (Holzwolle-Leichtbauplatte)
Placas de perlita expandida de acuerdo con la norma EN 13169
Corcho expandido según EN 13170
Fibras de la madera según la norma EN 13171 (Wood wool).
Otros materiales deben obtener una aprobación especial del país en concreto, o de la
Organización Europea para las Aprobaciones Técnicas EOTA (European Organization for
Technicals Approvals), situada en Bruselas (www.eota.be).
Para el comportamiento ante incendios de los materiales, se sigue la normativa EN 13501.
Materiales aislantes térmicos
Existen muchos tipos de aislante térmico, alguno de los cuales se ha abandonado a lo largo
de la historia.
Aluminio
Las pérdidas térmicas pueden ser por cambio de esatado (evaporación), por contacto (o
convección) o por radiación (que crece con la cuarta potencia de la diferencia de
temperaturas), logrando el aluminio reflejar, y así reducir, en un 97% las pérdidas por
radiación térmica (tanto para enfriar protegiendo del sol, como ante el frío, para conservar
el calor interior), siendo esta propiedad independiente del espesor de la capa de aluminio.
Además el aluminio ofrece otra ventaja, al ser totalmente estanco/impermeable, e impedir
el paso de agua y aire, bloqueando así las pérdidas por convección.

Corcho
Es el material empleado desde más antiguamente para aislar. Normalmente se usa en forma
de aglomerados, formando paneles. Habitualmente, estos paneles se fabrican a partir de
corcho triturado y hervido a altas temperaturas. En general, no es necesario añadir ningún
aglomerante para compactar los paneles.
Su contenido en agua es inferior al 8%, y está compuesto en un 45% por suberina. Estas
dos condiciones hacen que sea un producto imputrescible, al que no hay que tratar para
protegerlo de hongos o microorganismos, al contrario que la madera.
Otra ventaja respecto a otros materiales aislantes es la elevada inercia térmica que presenta.
Esta característica lo convierte en un material idóneo para sistemas de aislamiento térmico
por el exterior S.A.T.E.
El 53% de la producción mundial de corcho se realiza en Portugal, y el 32% en España.
Opciones de uso según DIN 4108-10.
Densidad: 110 kg/m3 Normal, 100-160 (en placa), 65-150 (del árbol)
Coeficiente de conductividad térmica: 0,039 W/(m·K) (según EN 13170 - 0,04 a 0,055)
mu (resistividad al paso de vapor de agua) - 2 a 8 (del árbol), de 5 a 10 (n placa)
c (calor específico) de 1600 a 1800
Algodón
Se trata de papel de una manta de algodón.
Densidad: 25-40 kg/m3 (lana soplada), 20-60 kg/m3 (lana en manta)
Coeficiente de conductividad térmica: 0,04 W/(m·K)
mu - 1 a 2
c (calor específico) aproximadamente 840 J/(kg·K)
Arlita
La arlita es un árido cerámico de gran ligereza. .
Densidad: 300-800 kg/m3 (densidad aparente)
mu - 2 a 8
Cáscaras de trigo, escanda
Densidad: 90 kg/m3 (prensado)
mu - 1 a 2
c (calor específico) aproximadamente - J/(kg·K

Celulosa
Se trata de papel de periódico reciclado molido, al que se le han añadido unas sales de
borax, para darle propiedades ignífugas, insecticidas y antifúngicas. Se insufla en las
cámaras o se proyecta en húmedo. Es un potente aislante estival e invernal, y tiene también
propiedades de aislamiento acústico. Su mayor ventaja es que se comporta como la madera,
equilibrando puntas de temperaturas a la vez que tiene una gran capacidad térmica de
almacenamiento, se comporta de forma anticíclica durante 12 horas, manteniendo así el
frescor matutino en verano durante las tardes. En Invierno protege contra el frío de forma
similiar a como lo hace la madera.
Densidad: 30-60 kg/m3 (o según otras fuentes, de 25 a 90 kg/m3)
mu - 1 a 2
Fibra de madera
Según la EN 13171. Opciones de uso según DIN 4108-10.
Densidad: 30-60 kg/m3 (soplado), 130-250 kg/m3 (en manta)
Coeficiente de conductividad térmica: 0,04-0,06 W/(m·K)
mu - 5 a 10
c (calor específico) aproximadamente 1600-2100 J/(kg·K)
Lana de madera
Según EN 13168, opciones de uso según DIN 4108-10
Densidad: 350-600 kg/m3 (normal), 60-300 kg/m3 (múltiples capas)
mu - 2 a 5
Cocos
Densidad: 70-110 kg/m3
mu - 1 a 2
Cañas
(Actualmente no existe ningún producto a base de caña aprobado para su uso en Alemania).
Densidad: 190-220 kg/m3 (raspaduras), 20-40 kg/m3 (en manta)
mu - 2

Lana de roca
La lana de roca es un material aislante térmico, incombustible e imputrescible. Este
material se diferencia de otros aislantes en que es un material resistente al fuego, con un
punto de fusión superior a los 1.200 °C.
Las principales aplicaciones son el aislamiento de cubierta, tanto inclinada como plana
(cubierta europea convencional, con lámina impermeabilizante
autoprotegida), fachadasventiladas, fachadas monocapa, fachadas por el interior,
particiones interiores, suelos acústicos y aislamiento de forjados. Cuando se tiene un techo
de teja con machihembrado, se utiliza un fieltro sin revestimiento o bien otro con un papel
kraft en una cara, lo que favorece la colocación. Además, se utiliza para la protección
pasiva tanto de estructuras, como de instalaciones y penetraciones.
La lana de roca se comercializa en paneles rígidos o semirígidos, fieltros, mantas armadas y
coquillas. También es un excelente material para aislamiento acústico en construcción
liviana, para suelos, techos y paredes interiores.
Densidad: 30-160 kg/m³. Según EN 13162, en fibra de 20 a 150, en piedra de 25 a 220.
Coeficiente de conductividad térmica: 0,034 a 0,041 W/(m·K). Según EN 13162, 0,035 a
0,05
Mu de 1 a 2
Manta
Se trata de fibras de lana de roca entrelazadas. Es adecuada para aislar elementos
constructivos horizontales, siempre que se coloque en la parte superior. En vertical necesita
de sujección o grapas para evitar que acabe apelmazándose en la parte inferior del elemento
y en la parte inferior de un elemento horizontal descolgado. Suelen venir protegidas por
papel Kraft, papel embreado, o malla metálica ligera.
Paneles rígidos
Se trata de paneles aglomerados con alguna resina epoxídica, que da una cierta rigidez al
aislante. Sirve para elementos constructivos verticales y horizontales por la parte inferior, a
cambio de tener un coeficiente de conductividad ligeramente inferior al de la manta.
Lana de vidrio
Cuando se tiene un techo de tejas con un machihembrado y se lo desea aislar con lana de
vidrio se debe usar un producto para tal fin, que es una lana de vidrio en paneles con mayor
densidad, hidrófugo e higroscópico. Cuando se tiene un techo de chapa, la línea de
producto que se debe utilizar es el trasdosado con una hoja de aluminio reforzado en una
cara para que actúe de resistencia mecánica, como barrera de vapor y como material
reflectivo. Como en el caso anterior se vende en forma de manta, de paneles aglomerados y
coquillas de aislamiento de tuberías.
Coeficiente de conductividad térmica lana vidrio:0,032 W/(m·ºK) a 0,044
W/(m·ºK) [cita requerida

Vidrio expandido
Además de aislante es una barrera de vapor muy efectiva, lo que no suele ser normal en los
aislantes térmicos y le hace muy adecuado para aislar puentes térmicos en la construcción,
como pilares en muros de fachada. Está formado por vidrio, generalmente reciclado y sin
problemas de tratar el color, puesto que no importa el color del producto, que se hace una
espuma en caliente, dejando celdillas con gas encerrado, que actúan como aislante. Su
rigidez le hace más adecuado que otros aislantes para poder recubrirlo de yeso. Es poco
utilizado en la construcción. Es conocido también como Vidrio Celular y aún se fabrica
actualmente, 2013, en España bajo esta última denominación.
Poliestireno expandido (EPS)
El material de espuma de poliestireno es un aislante derivado del petróleo y del gas natural,
de los que se obtiene el polímero plásticoestireno en forma de gránulos. Para construir un
bloque se incorpora en un recipiente metálico una cierta cantidad del material que tiene
relación con la densidad final del mismo y se inyecta vapor de agua que expande los
gránulos hasta formar el bloque. Este se corta en placas del espesor deseado para su
comercialización mediante un alambre metálico caliente.
Debido a su combustibilidad se le incorporan retardantes de llama, y se le
denomina Difícilmente Inflamable.
Posee un buen comportamiento térmico en densidades que van de 12 kg/m³ a 30 kg/m³
Tiene un coeficiente de conductividad de 0,034 a 0,045 W/(m·K), que depende de la
densidad (por regla general, a mayor densidad menor coeficiente de conductividad)
Es fácilmente atacable por la radiación ultravioleta por lo cual se lo debe proteger de la luz
del sol
Posee una alta resistencia a la absorción de agua
No forma llama ya que al quemarse se sublima
Espuma celulósica
El material de espuma de celulosa, posee una aceptable poder aislante térmico y es un
buen absorbente acústico. Es ideal para aplicar por la parte inferior de galpones por ser un
material completamente ignífugo de color blanco y por su rapidez al ser colocado. Se funde
a temperaturas superiores a 45 ºC. Se utiliza poco en construcción.
Coeficiente de conductividad térmica: 0,065 a 0,056 W/(m·K)

Espuma de polietileno
La espuma de polietileno se caracteriza por ser económica, hidrófuga y fácil de colocar.
Con respecto a su rendimiento térmico se puede decir que es de carácter medio. Su
terminación es de color blanco o aluminio.
Coeficiente de conductividad térmica: 0,036 a 0,046 W/(m·K
Estructura química del polietileno, a veces representada sólo como (CH2-CH2)n.
Film alveolar de polietileno
De la misma manera, que la espuma de polietileno, como aislante térmico se utiliza
simplemente el plástico de burbujas recubierto con el papel de aluminio. Las ventajas que
tiene frente los otros aislantes son: espesor muy reducido (3-5 mm), instalación sencilla, su
coste muy reducido; además es no inflamable y reciclable. Éste film se utiliza poco en
construcción, y más habitualmente en equípos de aire acondicionado.
Espuma de poliuretano
La espuma de poliuretano es conocida por ser un material aislante de muy buen
rendimiento. Tiene múltiples aplicaciones como aislante térmico tanto en construcción
como en sectores industriales. Destaca en toda la cadena del frío por su alta eficiencia
energérica
Coeficiente de conductividad térmica: 0,023 W/(m·K
Espuma elastomérica
Es un aislante con un excelente rendimiento en baja y media temperatura y de fácil
instalación, reduciendo al máximo los costos de mano de obra. Posee en su estructura una
barrera de vapor y un comportamiento totalmente ignífugo.
Coef. de conductividad: 0,030 kcal/h·m·°C
Temperatura de trabajo óptima: -40 a 115 °C
Es fácilmente atacable por la radiación ultravioleta por lo cual se lo debe proteger de la luz
del sol.

Aerogel
Como aislante térmico, el aerogel se presenta en mantas flexibles (rango de servicio: -40ºC
a 650ºC o -270ºC a 90ºC). Solo se presenta en espesores de 5mm y 10mm. Tiene
propiedades mecánicas grandes para el rendimiento que ofrece, es hidrófobo (repele la
humedad), es permeable (deja pasar el aire/vapor), previene la corrosión bajo el
aislamiento, es ignífugo (no se incendia) y es sumamente resistente al trato duro (pisotones,
golpes, etcétera). Su instalación es intuitiva como sencilla, el material se puede cortar con
tijeras o cutters, disminuyendo el tiempo y los costos de mano de obra excesivos.
Densidad: 0.020g/cm³ (Aerogel monolítico), de 0.13g/cm³ a 0.18g/cm³ (Aerogel en manta
flexible)
Comparativa de espesor aislamiento
Espesores equivalentes entre materiales:
Para un material aislante clásico, valen 2 cm de espesor
El espesor equivalente para Bloques ligeros de hormigón, hacen falta 6 cm.
Para una viga de madera son 6,5 cm
Para cerámica porosa se requieren 8 cm
Para el adobe, se requieren 23,5 cm
Para los ladrillos con agujeros verticales se necesitan 29 cm
Para el ladrillo recocido compacto normal son 90 cm
Y para un bloque masivo de hormigón, el espesor equivalente de aislamiento es 105 cm
BIBLIOGRAFÍA
http://es.wikipedia.org/wiki/Aislante_t%C3%A9rmico
http://www.electropar.com.py/pdf/electricidad/Aislantes.pdf
http://personales.unican.es/rodrigma/PDFs/Aislantes%20y%20conductores.pdf
http://www.iesdolmendesoto.org/wiki/index.php?title=Archivo:4._Conductores_y_aislantes.pdf
http://www7.uc.cl/sw_educ/educacion/grecia/plano/html/pdfs/cra/fisica/NM4/RF4E_001.pdf

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