La conductividad térmica es una de las especificaciones más importantes a la hora de seleccionar fieltro de aerogel para un proyecto de aislamiento industrial. Afecta directamente la pérdida de calor, el espesor del aislamiento, la temperatura de la superficie del equipo y el consumo de energía a largo plazo.

Sin embargo, comparar los productos de aislamiento de aerogel basándose en un único valor de conductividad térmica puede resultar engañoso. La temperatura de prueba, la densidad del producto, el espesor, la exposición a la humedad y la calidad de la instalación pueden afectar el rendimiento térmico real.

Esta guía explica cómo se mide la conductividad térmica del fieltro del aerogel, por qué cambia con la temperatura y qué deben comprobar los compradores antes de realizar un pedido.

¿Qué es el fieltro de aerogel?

El fieltro de aerogel, también conocido como manta de aerogel, es un material aislante flexible fabricado combinando aerogel de sílice con una capa de refuerzo fibrosa.

El aerogel de sílice tiene una estructura a nanoescala altamente porosa que limita la transferencia de calor a través de la conducción sólida, el movimiento de gases y la convección. El refuerzo de fibra hace que el aerogel, que de otro modo sería frágil, sea más fácil de enrollar, cortar e instalar alrededor de tuberías, tanques, válvulas y equipos industriales.

En comparación con muchos materiales aislantes convencionales, el fieltro aislante térmico de aerogel puede lograr el rendimiento térmico requerido con una capa aislante más delgada. Esto lo hace especialmente útil cuando el espacio de instalación es limitado.

¿Qué significa conductividad térmica?

La conductividad térmica describe la facilidad con la que el calor pasa a través de un material. Normalmente se expresa en:

W/(m·K)

Un valor más bajo significa que el material transfiere menos calor y por tanto proporciona un mejor aislamiento con el mismo espesor.

Por ejemplo:

Un material con una conductividad térmica de0.020 W/(m·K)proporciona un mejor aislamiento que uno clasificado en0.040 W/(m·K)cuando ambos se prueban en las mismas condiciones.

Si dos materiales necesitan lograr la misma resistencia térmica, el material con menor conductividad térmica generalmente puede usar una capa aislante más delgada.

La conductividad térmica se representa comúnmente con la letra griegaλo lambda.

Conductividad térmica típica del fieltro de aerogel

Dependiendo de su formulación, densidad y temperatura de funcionamiento, el fieltro de aerogel de sílice industrial comúnmente tiene una conductividad térmica de aproximadamente:

0,012–0,020 W/(m·K) a temperatura ambiente o cerca de ella

Este es un rango de referencia general más que un valor garantizado para cada producto.

Por ejemplo, el aislamiento térmico de la manta de aerogel del sitio web aparece con una conductividad térmica de aproximadamente0,012–0,018 W/(m·K) a 25 grados, dependiendo del grado seleccionado.

Otra manta de aerogel de 10 mm para aislamiento de tuberías proporciona datos de conductividad representativos a diferentes temperaturas:

Estas cifras muestran un punto importante:La conductividad térmica del fieltro de aerogel no es constante.. Generalmente aumenta a medida que aumenta la temperatura media de funcionamiento.

Los compradores deben solicitar una curva de conductividad térmica completa en lugar de depender únicamente del valor de la temperatura ambiente-.

¿Por qué el fieltro de aerogel tiene baja conductividad térmica?

El calor puede atravesar el aislamiento de varias maneras:

Conducción a través de la estructura sólida.

Conducción a través del gas dentro de los poros.

Convección dentro de espacios aéreos más grandes

Radiación térmica

El fieltro de aerogel reduce estos mecanismos-de transferencia de calor a través de su estructura de poros a nanoescala.

Conducción sólida limitada

El aerogel de sílice contiene una cantidad muy pequeña de material sólido en comparación con su volumen total. La compleja red también crea un camino largo e indirecto para que el calor viaje a través de la estructura sólida.

Conducción de gas reducida

Los poros del interior del aerogel son extremadamente pequeños. Esto restringe el movimiento y la colisión de las moléculas de gas, reduciendo la transferencia de calor a través del aire contenido en el material.

Convección suprimida

Debido a que los poros son a nanoescala, el aire no puede circular libremente dentro de la estructura del aerogel. Esto limita significativamente la transferencia de calor por convección.

Radiación térmica reducida

Algunas formulaciones de aerogel de alta-temperatura incluyen opacificantes u otros componentes diseñados para reducir la transferencia de calor por radiación. Esto se vuelve cada vez más importante a medida que aumenta la temperatura de funcionamiento.

Cambios de conductividad térmica con la temperatura

Un valor de conductividad térmica a temperatura ambiente-no describe completamente cómo funcionará el aislamiento en una tubería caliente o en un horno industrial.

A medida que aumenta la temperatura:

La conducción de gas generalmente aumenta

La transferencia de calor radiativo se vuelve más significativa

La conductividad térmica efectiva del aislamiento aumenta.

Es posible que se requiera un espesor mayor para alcanzar la temperatura superficial objetivo.

Por esta razón, los cálculos de aislamiento térmico deben utilizar el valor de conductividad en el nivel esperado.temperatura media, no simplemente la conductividad a 25 grados .

La temperatura media comúnmente se estima como:

Tm=Th+Tc2T_m=\\frac{T_h + T_c}{2}

Dónde:

TmT_m=temperatura media

ThT_h=temperatura del lado caliente-

TcT_c =temperatura lateral fría-

Para una tubería que funciona a 300 grados con una temperatura esperada de la superficie exterior-de aislamiento de 40 grados, la temperatura media aproximada sería:

Tm=300+402=170∘CT_m=\\frac{300 + 40}{2}=170^\\circ C

Por lo tanto, la conductividad térmica utilizada en el cálculo inicial debe basarse en datos cercanos a 170 grados -no en el valor medido a temperatura ambiente.

Un cálculo térmico profesional puede requerir una evaluación iterativa porque la temperatura de la superficie, la conductividad térmica y la pérdida total de calor se influyen entre sí.

Conductividad térmica versus resistencia térmica

La conductividad térmica y la resistencia térmica están relacionadas, pero no son la misma especificación.

La resistencia térmica indica con qué fuerza un espesor particular resiste el flujo de calor. Para una capa plana y uniforme, se puede estimar usando:

R=dλR=\\frac{d}{\\lambda}

Dónde:

RR=resistencia térmica en m²·K/W

dd=espesor del aislamiento en metros

λ\\lambda=conductividad térmica en W/(m·K)

Por ejemplo, un fieltro de aerogel de 10 mm con una conductividad térmica de 0,020 W/(m·K) tendría una resistencia térmica aproximada de:

R=0.0100.020=0.50 m2\\cdotpK/WR=\\frac{0.010}{0.020}=0.50\\ \\text{m}^2\\text{·K/W}

Si la conductividad del mismo material aumenta a 0,028 W/(m·K) a una temperatura más alta, su resistencia calculada se convierte en:

R=0.0100.028≈0.36 m2\\cdotpK/WR=\\frac{0.010}{0.028}\\approx0.36\\ \\text{m}^2\\text{·K/W}

Este ejemplo simplificado demuestra por qué se deben considerar tanto el espesor como la conductividad de la temperatura-de funcionamiento.

Los cálculos reales de aislamiento de tuberías y equipos también deben tener en cuenta la geometría, la emisividad de la superficie, las condiciones ambientales, la velocidad del viento y el revestimiento exterior.

¿Qué afecta la conductividad térmica del fieltro de aerogel?

1. Temperatura de funcionamiento

La conductividad térmica suele aumentar a medida que aumenta la temperatura media. Solicite siempre datos de conductividad que cubran el rango operativo real del proyecto.

2. Densidad del producto

La densidad afecta el equilibrio entre la conducción sólida y la estructura de los poros. Un producto de mayor-densidad no es automáticamente un mejor aislante, aunque puede ofrecer una mayor resistencia mecánica.

3. Contenido del aerogel

Los productos vendidos bajo el nombre general "fieltro de aerogel" pueden contener diferentes cantidades de aerogel de sílice. Un contenido más bajo de aerogel puede reducir el rendimiento térmico, incluso cuando los productos parecen similares.

4. Refuerzo de fibra

El tipo, estructura y densidad de las fibras de refuerzo afectan la flexibilidad, la resistencia mecánica y la transferencia de calor a través de la manta terminada.

5. Exposición a la humedad

El agua tiene una conductividad térmica mucho mayor que el aire en calma. Cuando el aislamiento fibroso convencional absorbe humedad, su rendimiento térmico puede deteriorarse significativamente.

El fieltro de aerogel hidrofóbico ayuda a resistir la penetración de líquido-agua. El fieltro aislante térmico de aerogel del sitio web, por ejemplo, está catalogado con un índice de hidrófobo de al menos el 99,6%.

Sin embargo, ser hidrofóbico no significa que todo un sistema de aislamiento sea automáticamente impermeable. Las juntas, penetraciones y revestimientos exteriores aún deben sellarse adecuadamente.

6. Compresión

Una compresión excesiva puede cambiar el grosor y la estructura interna de la manta. Si una capa nominal de 10 mm se comprime a 7 mm durante la instalación, la resistencia térmica final será menor porque se ha reducido el espesor instalado.

El material debe fijarse firmemente sin aplastarlo innecesariamente.

7. Costuras y huecos

Las juntas mal ajustadas pueden crear puentes térmicos y permitir que el calor pase por alto la capa aislante. Incluso un material de baja-conductividad no puede compensar espacios grandes o terminaciones mal diseñadas.

Se recomiendan juntas escalonadas cuando se instalan varias capas.

Por qué el grosor sigue siendo importante

La baja conductividad térmica no elimina la necesidad de un espesor de aislamiento suficiente.

Los espesores comunes de fieltro de aerogel incluyen:

3mm

5mm

6mm

8mm

10mm

Se pueden utilizar múltiples capas cuando el proyecto requiera mayor resistencia térmica.

El espesor correcto depende de:

Temperatura de funcionamiento del equipo

Temperatura de la superficie exterior-requerida

Pérdida de calor permitida

Dimensiones de tuberías o equipos.

Temperatura ambiente

Instalación interior o exterior

Velocidad del viento

Revestimiento exterior

Requisitos de protección-del personal

Espacio de instalación disponible

El fieltro de aerogel es particularmente valioso donde no se puede instalar un aislamiento convencional grueso debido a un espacio libre limitado, tuberías muy espaciadas o acceso restringido a los equipos.

Fieltro de aerogel versus aislamiento convencional

Los siguientes valores son rangos de referencia generales a temperatura ambiente o cerca de ella. Los valores reales varían según el grado del producto y las condiciones de prueba.

La comparación no significa que el aerogel sea la mejor opción para cada proyecto. Los materiales tradicionales pueden proporcionar un costo de material inicial más bajo y pueden ser adecuados cuando hay suficiente espacio de instalación.

El fieltro de aerogel suele considerarse cuando un proyecto requiere:

Espesor de aislamiento reducido

Menor pérdida de calor en un espacio limitado

Buena resistencia a la humedad

Instalación más sencilla en torno a formas complejas

Volumen de aislamiento reducido

Rendimiento en un amplio rango de temperaturas

Aplicaciones industriales comunes

Tuberías de alta-temperatura

El fieltro de aerogel se puede envolver alrededor de tuberías de vapor, de proceso y petroquímicas. Su baja conductividad ayuda a controlar la pérdida de calor sin necesidad de una capa aislante excesivamente gruesa.

Instalaciones de petróleo y gas

Se utiliza para tuberías, recipientes y equipos de procesamiento donde el espacio, la exposición a la intemperie y la corrosión bajo el aislamiento son preocupaciones importantes.

GNL y sistemas criogénicos

Se pueden considerar grados adecuados para tuberías y equipos de baja-temperatura. La selección del material debe basarse en la temperatura mínima de funcionamiento especificada y el diseño del sistema.

Generación de energía

El aislamiento de aerogel se puede aplicar a turbinas, calderas, sistemas de vapor y otros equipos donde se requiere eficiencia energética y control de temperatura de la superficie-.

Tanques y Recipientes Industriales

Las mantas flexibles pueden adaptarse a superficies curvas y perfiles de equipos complejos más fácilmente que algunos productos aislantes rígidos.

Equipos marinos y offshore

El espacio de instalación limitado y la exposición a la humedad hacen que el aislamiento hidrofóbico de baja-conductividad sea atractivo para determinadas aplicaciones a bordo y en alta mar.

Cómo comparar datos de conductividad térmica

Al revisar las hojas de datos de los proveedores, verifique si los valores se midieron en condiciones comparables.

Pídale al proveedor que confirme:

Estándar de prueba

Temperatura media de prueba

Grosor del producto

Densidad del producto

Dirección de medición

Acondicionamiento de muestras

condición de humedad

Laboratorio de pruebas o fuente de informes

Tolerancia a la conductividad

Si las cifras son valores típicos o garantizados

Dos proveedores pueden indicar valores de conductividad diferentes porque uno informa el rendimiento a 25 grados mientras que otro utiliza una temperatura media más alta. El número más bajo no es necesariamente evidencia de un mejor producto a menos que las condiciones de prueba sean equivalentes.

Información a proporcionar al solicitar una cotización

Para recibir una recomendación de producto adecuada, los compradores deben proporcionar:

Aplicación prevista

Temperatura de funcionamiento normal

Temperaturas máximas y mínimas

Diámetro de tubería o dimensiones del equipo.

Temperatura superficial requerida

Pérdida de calor máxima permitida

Espacio de aislamiento disponible

Ambiente interior o exterior

Exposición a la lluvia, productos químicos o daños mecánicos.

Espesor requerido

Ancho del rollo y cantidad de pedido

Requisitos de rendimiento-de fuego

Estándares de prueba requeridos

Método de revestimiento o encamisado

La gama completa de productos de fieltro de aerogel puede incluir diferentes espesores, densidades y grados de temperatura. La selección final debe basarse en las condiciones del proyecto y no únicamente en el valor de conductividad de la temperatura ambiente más baja-.

Preguntas frecuentes

¿Cuál es un buen valor de conductividad térmica para el fieltro de aerogel?

Muchos productos industriales de fieltro de aerogel tienen una conductividad térmica de aproximadamente 0,012 a 0,020 W/(m·K) a temperatura ambiente o cerca de ella. El valor real depende del grado del producto y de las condiciones de prueba.

¿Aumenta la conductividad del fieltro del aerogel a altas temperaturas?

Sí. La conductividad térmica efectiva generalmente aumenta con la temperatura. Los compradores deben solicitar valores a varias temperaturas medias que cubran el rango operativo previsto.

¿Siempre se siente mejor el aerogel más espeso?

Una capa más gruesa proporciona una mayor resistencia térmica cuando el material y las condiciones de funcionamiento siguen siendo las mismas. Sin embargo, el espesor óptimo debe determinarse mediante cálculos térmicos, limitaciones de instalación y costo del proyecto.

¿Se puede mojar el fieltro de aerogel?

El fieltro de aerogel hidrofóbico resiste la penetración de líquido-agua, pero las costuras, el revestimiento dañado y las penetraciones sin sellar aún pueden permitir que entre humedad en el sistema de aislamiento. Sigue siendo necesaria una protección adecuada contra la intemperie.

¿Se pueden instalar dos capas de fieltro de aerogel?

Sí. Generalmente se utilizan varias capas para lograr el espesor requerido. Las juntas deben escalonarse para reducir las rutas directas de calor y mejorar la continuidad general del aislamiento.

¿El producto de menor conductividad es siempre la mejor opción?

No necesariamente. Los compradores también deben evaluar el rango de temperatura, la resistencia mecánica, el rendimiento hidrofóbico, la clasificación contra incendios, las tolerancias dimensionales y los requisitos de instalación.

Conclusión

El fieltro de aerogel ofrece una conductividad térmica muy baja y puede ofrecer un alto rendimiento de aislamiento con menos espesor que muchos materiales convencionales. Sin embargo, la conductividad a temperatura ambiente-por sí sola no es suficiente para seleccionar el producto correcto.

Los compradores deben comparar los valores de conductividad a la temperatura media real del proyecto, confirmar el método de prueba y considerar el espesor de la instalación, la exposición a la humedad, la compresión y el diseño de las juntas.

Al proporcionar condiciones operativas completas y solicitar datos técnicos confiables, los compradores pueden seleccionar un fieltro de aerogel que logre el equilibrio requerido de eficiencia térmica, espesor de instalación, durabilidad y costo del proyecto.