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Siempre que objetos con temperaturas diferentes están en contacto físico o se encuentran en el radio de influencia de la radiación, sufren un intercambio de calor.
El aislamiento térmico es la reducción de esta transferencia de calor.
Se consigue creando barreras térmicas entre estos objetos en caso de conducción térmica o por reflexión en caso de radiación térmica.
Para aislar un objeto de su entorno, hay que evitar el intercambio de calor tanto por conducción como por radiación y convección.
La transferencia de calor por conducción es proporcional a la diferencia de temperatura, la superficie de contacto térmico y el inverso del espesor de los materiales.
Se mide en vatios por metro y por Kelvin (W-m-1-K-1).
La capacidad de aislamiento de los materiales aislantes térmicos depende de sus conductividades térmicas y de su grosor.
El aislamiento se consigue rodeando el objeto con materiales de baja conductividad térmica y gran grosor.
El aislamiento térmico mantiene frío el material frío y caliente el material caliente.
En edificios aumenta la eficiencia energética y permite mantener el calor en invierno, o el frescor en verano, con la consiguiente reducción de la huella de carbono
Se utilizan materiales aislantes:
- edificación y construcción: edificios y tuberías, depósitos de agua caliente, etc.
- para envases (principalmente para contenedores de transporte aislados como parte de la cadena de frío)
- para prendas de vestir y como aislante animal natural en aves (plumas) y mamíferos (pelo)
- para aislar productos de camping como colchonetas y colchones de espuma
Conductividad térmica
La conductividad térmica puede variar desde casi cero (para los gases) hasta algunos cientos de W/(m*K) para los materiales de mayor conductividad, como los metales. Los gases tienen las conductividades térmicas más bajas (aire : 0,026 W/(m*K)), seguidos de los líquidos (0,1 -0,2 W/(m*K) para la mayoría de los líquidos orgánicos) y los sólidos. Los sólidos orgánicos como los polímeros, el betún y el caucho tienen conductividades térmicas más bajas (normalmente de 0,1 a 0,3 W/(m*K)) que los sólidos inorgánicos como las piedras (mármol, granito, etc.) y el hormigón (normalmente de 2 a 3 W/(m*K)).
Atrapando gases (aire) en sólidos se consiguen buenos materiales aislantes, principalmente si se limita la convección haciendo celdas pequeñas, lo mejor es utilizar sólidos orgánicos que tengan malas conductividades térmicas. Este principio se utiliza para la mayoría de los materiales aislantes, como las espumas (espuma de uretano, espuma de poliestireno expandido (EPS), corcho), los aislamientos para la construcción (lana de roca y de vidrio, fibra de vidrio y amianto) y para los tejidos (como la lana, el plumón, el vellón).
Los aerogeles son un tipo especial de material aislante. Se derivan de un gel en el que la fase líquida se sustituye por un gas sin cambiar la estructura. Los aerogeles tienen una densidad extremadamente baja combinada con una baja conductividad térmica y, a menudo, una gran transparencia.
Transmitancia térmica, valor R y U
La transmitancia térmica o valor R se utiliza para caracterizar la capacidad aislante de un material.
Mide la resistencia al flujo de calor (conductivo) a través de un objeto bidimensional como una pared, una ventana o un panel aislante.
El valor R se mide en condiciones estacionarias y describe el flujo de calor entre su superficie caliente y fría con una diferencia de temperatura dada.
Su unidad es K⋅m2/W.
Cuanto mayor es el valor R, mejores son sus propiedades aislantes.
El coeficiente global de transferencia de calor o valor U es el inverso de R y sus unidades SI son W/(m2*K).
Aislamiento térmico por sector de aplicación
Según la aplicación, se utilizan distintos tipos de materiales aislantes.
Edificación y construcción
Antiguamente, el aislamiento de los edificios se hacía con amianto. Ahora se sustituye por EPS (poliestireno expandido), espuma de uretano, lana de roca y paneles aislados al vacío (VIP). A menudo se utilizan materiales orgánicos como madera, algodón y paja. Las ventanas se aíslan mediante dos placas de vidrio con una capa de aire aislante entre ellas (acristalamiento aislante).
Para el aislamiento de depósitos y tuberías de agua caliente, se utilizan principalmente espumas de poliuretano.
Envases
Para el embalaje, y principalmente para los contenedores de transporte aislados (parte de la cadena de frío), se suelen utilizar materiales polilaminados. Se componen de espumas, mantas térmicas (forros) y capas reflectantes. A menudo se utilizan envoltorios de burbujas. Otro concepto es el de frasco al vacío (termo).
Ropa y animales naturales aislantes
La ropa consiste, como el aislamiento natural de los animales de mamíferos (piel) y aves (plumas), en materiales orgánicos con inclusiones de aire (algodón, lana, plumas de plumón, etc.)
Métodos y dispositivos de ensayo
Existen diferentes métodos para medir la conductividad térmica de los materiales aislantes, como la técnica del flujo de calor (HFM – Medidores de flujo térmico) la placa caliente protegida (GHP) y métodos de hilo caliente como el puente caliente transitorio (THB).
