Para seleccionar un aislamiento térmico como una solución a diferentes problemáticas debemos considerar muchas variantes que veremos a continuación.
por Arcadio Velásquez*
Durante varias décadas los elastómeros han sido un material de aislamiento térmico ampliamente usado de manera global, en proyectos de suma importancia y alto valor debido a sus múltiples propiedades superiores a métodos tradicionales de aislamiento térmico. Se estima que para 2024 los ingresos producto de esta solución sean mayores a los 3 billones de dólares americanos a nivel mundial (proyecciones consideradas post-pandemia COVID-19).
Para seleccionar un aislamiento térmico como una solución a diferentes problemáticas, debemos considerar muchas variantes, como lo son por supuesto las propiedades térmicas (conductividad térmica principalmente), la flexibilidad del material que facilita la instalación en cierto modo, su resistencia mecánica, el amplio rango de aplicaciones y su esperanza de vida.
Actualmente existe un número considerable de fabricantes en diferentes países, cada uno con formulación propia, que hace diferente una marca de otra, sin embargo, en algunas regiones controlar la calidad y las características del material es un reto, debido a las diferentes perspectivas de cada región y sus respectivas regulaciones.
En ese caso, organizaciones y asociaciones como La Sociedad Estadounidense de Pruebas y Materiales (American Society for Testing and Materials ASTM – por sus siglas en ingles) se encargan de desarrollar estándares para garantizar que los fabricantes sigan las legislaciones o normativas válidas en cada región.
ASTM desarrolló el estándar ASTM C534 - Especificación estándar para aislamiento térmico celular elastomérico flexible preformado en forma de lámina y tubular - y muchos países, consultores y especialistas han adoptado dicha especificación para asegurar que los productos usados en la determinada región cumplan con rigurosas especificaciones de calidad y satisfagan las necesidades.
En este estándar se especifican las características más relevantes de los elastómeros usados en la industria del aislamiento térmico, tales como, las propiedades térmicas, las propiedades físicas, las aplicaciones, las propiedades de resistencia al paso de vapor de agua, procesos de acabado y aseguramiento de calidad.
Clasificación
ASTM C534 cubre los elastómeros celulares que son usados como aislamiento térmico, que son fabricados en dos formas, tubular y lámina:
• Tipo I: elastómeros fabricados de forma tubular.
• Tipo II: elastómeros fabricados en forma de lámina.
Adicionalmente son clasificados según su temperatura de operación, lo cual define su aplicación:
• Grado 1: desde -183 hasta 104°C [-297 hasta 220°F], para uso comercial (incluyendo residencial) y que además sea flexible.
• Grado 2: desde -183 hasta 175°C [-297 hasta 350°F], para uso industrial considerado flexible a altas temperaturas.
• Grado 3: desde -183 hasta 120°C [-297 hasta 250°F], para uso industrial sin halógenos añadidos al aislamiento y además que sea flexible.
Terminología
Según este estándar, los fabricantes deben declarar la propia terminología, siguiendo la siguiente descripción: un elastómero celular para aislamiento térmico y se define como una espuma de estructura celular cerrada (celda cerrada) fabricada a base de caucho natural o sintético, o una mezcla de ambos, y que adicionalmente contenga otros polímeros u otros productos químicos o simplemente la mezcla de ambos, y que se pueda modificar con otros aditivos orgánicos o inorgánicos añadidos.
Esta espuma posee propiedades y características similares a las del caucho vulcanizado, con la capacidad de convertirse de un termoplástico a un estado termo endurecible por reticulación (vulcanización) y que pueda además tener la capacidad de recuperar sustancialmente su forma original cuando sea tensado o alargado.
El nombre comercial más común que recibe este material es NBR (Nitrile Rubber Butadiene – por sus siglas en inglés). Sin embargo, en algunos países se les conoce con el nombre de una marca en específico, práctica muy común en nuestros países de América Latina. En Oriente Medio, por ejemplo, se le conoce como Rubber Insulation (Aislamiento de Goma o de Caucho).
Vida útil
Los elastómeros son termo endurecibles y no son termoplásticos por naturaleza y son expandidos con agentes espumantes que se descomponen con la aplicación de calor y estos gases no cambian con el tiempo, por lo tanto la conductividad térmica del aislamiento se mantiene estable en el tiempo, de aquí deriva parte de la esperanza de vida del material, sin embargo existen otras características que contribuyen a mejorar la esperanza de vida del material, por ejemplo deben tener una densidad de núcleo uniforme y tener celdas cerradas, esta ultima contribuye a la mejora de la resistencia al paso de vapor de agua. (amplia descripción en los requerimientos cualitativos).
Características físicas
Requerimientos Cualitativos: el estándar ASTM C534 define algunas características físicas y cualitativas que los fabricantes de dichos materiales deben considerar, entre ellas destacan:
• Conductividad térmica: cuando se prueba a una temperatura promedio de 24 ⁰C esta debe ser igual o menor a:
◦ 0.040 W/mK para Grado 1 y 3, Tipo I y II.
◦ 0.043 W/mK para Grado 2, Tipo I y II.
• Absorción de Agua: esta debe ser igual o menor que:
◦ 0.20% por volumen. Para ambos tipos y todos los grados.
• Permeabilidad de vapor de agua: esta debe ser igual o menor a:
◦ 1.44 × 10-10 g/Pa·s·m Para ambos tipos y todos los grados.
• Contracción lineal a su temperatura máxima de uso: debe ser igual o menor a:
◦ Cambio lineal 7% Para ambos tipos y todos los grados.
El contenido de celdas cerradas es una característica física muy relevante, ya que esta determina los espacios vacíos que pueden ser ocupados por moléculas de agua bien sea por la transmisión de vapor de agua o la absorción de agua, ambos parámetros serán juzgados en función al contenido de celdas cerradas.
Si el contenido es bajo, el riesgo de acumulación de agua en el núcleo aislante se hace mayor, a medida que pasa el tiempo el agua se acumula afectando considerablemente la conductividad térmica, por lo que esta norma es muy rigurosa para garantizar a los usuarios un material con una larga esperanza de vida.
Las características físicas arriba detalladas son esenciales para determinar el tiempo de vida útil del material, existe una amplia y fuerte relación entre ellas, especialmente entre las propiedades térmicas y las propiedades a la resistencia al paso de vapor de agua. En la grafica a continuación podemos observar cómo varía la conductividad térmica de un material aislante fabricado con diferentes características físicas (propiedades de resistencia al paso de vapor de agua), esta variación se debe a que el núcleo de cada muestra posee diferente contenido de celdas cerradas.
La muestra representada por la curva azul contiene mas celdas cerradas en su núcleo cuando se compara con la muestra representada por la curva anaranjada, permitiendo que el material tenga una conductividad térmica más estable en un periodo de 25 años y por lo tanto un desempeño térmico estable con una esperanza de vida más amplio.
Gráfica 1.
En la siguiente imagen podemos ver un ejemplo claro de un material que no cumple con las características físicas de propiedades térmicas, contenido de celdas cerradas y resistencia al paso de vapor de agua, ello puede generar lo que se conoce como (o como yo personalmente llamo), una reacción
en cadena que empieza con una condensación producto de la empobrecida resistencia al paso de vapor de agua, acumulación de agua, luego crecimiento de hongos y desarrollo de microorganismos y esto a su vez conlleva al deterioro de la calidad de aire y la afectación de sistemas cercanos (ejemplo, oxidación de elementos metálicos).
Imagen 1.
- Requerimientos para la Inspección: con el fin de asegurar la calidad, existen algunos requisitos exigidos por la norma que complementan la inspección para colocar en el mercado un producto que este en línea con las especificaciones de los proyectos.
Lo primero es asegurarse que el material cumpla con las características físicas antes mencionadas; luego, es importante que la apariencia del material sea libre de defectos visuales que afecten negativamente a la calidad del servicio. Por ejemplo, burbujas o desgarres. Además, este debe ser libre de emisión de olores desagradables cuando es sometido a las temperaturas de trabajo de diseño antes mencionadas.
Adicional al control de calidad, este estándar incluye la especificación de las tolerancias aceptables, mencionadas a continuación en función a las medidas estándares:
Tabla
En cuanto al comportamiento al fuego, una característica muy importante asociada al material de construcción, incluyendo aislamiento térmico de tuberías y ductos, debemos considerar que ASTM C534 incluye una de las más rigurosas pruebas de fuego, la ASTM E84, que determina las características de combustión de la superficie. En ese caso, los resultados óptimos son aquellos capaces de mantener un índice de propagación de flama igual o menor a 25 y un índice de humo desarrollado igual o menor a 50. Cabe resaltar que dicho método de ensayo no siempre define el peligro que potencialmente presenta el aislamiento térmico celular elastomérico en condiciones reales de incendio. Este es un material orgánico y es combustible por lo tanto no se debe exponer a llamas u otras fuentes de ignición.
Otras consideraciones
La mayoría de los elastómeros usados como aislamiento térmico contienen halógenos, sin embargo, hay una aplicación en específico que requiere un uso limitado de halógenos, esto se debe a que los halógenos pueden reaccionar cuando están en contacto con austenita, un componente usado en las tuberías de acero inoxidable, esta reacción ocasiona corrosión sobre el acero inoxidable.
En tal caso, se requiere de estudiar los materiales a través de una análisis químico determinado por el método ASTM C871, este cuantifica la presencia de cloruros y/o fluoruros lixiviables, para clasificar el material como seguro o no para ser usado sobre acero inoxidable con alto contenido de austenita, debemos referir los resultados a la gráfica de Aceptabilidad del material de aislamiento sobre la base de los puntos de trazado de los análisis de Cl y (Na + SiO3) descrita en el método ASTM C795.
Esta norma de especificación exige que el material sea fabricado con los mínimos requisitos de calidad, por lo tanto, muchos fabricantes se esfuerzan es sobrepasar dichos requisitos para sobresalir en los mercados y posicionar sus productos entre las opciones mas viables, un numero interesante de estándares o métodos de ensayos son requeridos para cumplir con la especificación ASTM C534. Entre ellos destacan: (nombraré los más comunes, sin embargo, hay muchas opciones en la especificación, todas ASTM) Conductividad térmica, C518; permeabilidad de vapor de agua, E96; rango de temperaturas C411; absorción de agua, C209; análisis químico, C871; comportamiento al fuego, E84; Densidad, D1622; rango de medidas y tolerancias, C585.
Para más información, les recomiendo que lean con determinación la norma original ASTM C534.
* Arcadio J. Velásquez | Ingeniero Mecánico . Sr. Technical Marketing Engineer – Hira Industries LLC Dubai, EAU. [email protected]
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