Es importante conocer el modo en que se produce la transferencia de calor en las bodegas de pescado. El calor puede transferirse por conducción, por convección o por radiación, o por una combinación de los tres modos. El calor siempre se mueve de las zonas más calientes a las más frías; busca el equilibrio. Si el interior de una bodega de pescado termoaislada está más frío que el aire exterior, la bodega atrae calor del exterior. Cuanto mayor es la diferencia de temperatura, más rápidamente fluye el calor hacia la zona más fría.
Conducción. Es la transmisión de energía calorífica, de molécula a molécula, a través de un material, ya sea sólido, líquido o gaseoso. Para que el calor se transmita por conducción, deberá haber contacto físico entre partículas y cierta diferencia de temperatura. Así, la conductividad térmica es la medida de la velocidad a la que el flujo de calor pasa de una partícula a otra. La tasa de flujo de calor a través de un material específico estará determinada por la diferencia de temperatura y la conductividad térmica del material.
Convección. Es la transmisión de calor debida al movimiento del aire (o un gas) o un líquido calentado de un lugar a otro, llevando consigo el calor que contiene. La tasa de flujo de calor varía en función de la temperatura del gas o líquido en movimiento y de su caudal.
Radiación. La energía calorífica se transmite en forma de luz, como radiación infrarroja u otro tipo de ondas electromagnéticas. Esta energía emana de un cuerpo caliente y sólo puede transmitirse libremente a través de medios completamente transparentes. La atmósfera, el vidrio y los materiales translúcidos dejan pasar una cantidad significativa de calor radiante, que puede ser absorbido cuando incide en una superficie: por ejemplo, la superficie de la cubierta del barco en un día soleado absorbe calor radiante y se calienta. Es un hecho sobradamente conocido que las superficies de colores claros o brillantes reflejan más calor radiante que las superficies negras u oscuras, por lo que las primeras tardarán más tiempo en calentarse.
En la práctica, la infiltración de calor en las bodegas o recipientes de pescado es el resultado de una combinación de los tres modos mencionados, pero el modo de transmisión más significativo es por conducción a través de las paredes y el suelo.
Las propiedades térmicas de los materiales aislantes y de otros materiales de construcción comunes de las embarcaciones de pesca se conocen o pueden medirse con precisión. Puede calcularse la cantidad de calor transmitido (flujo) a través de cualquier combinación de materiales. No obstante, para poder calcular las pérdidas de calor es necesario conocer determinados términos técnicos y comprender tanto éstos como los factores que intervienen.
Por convención, el sufijo "-idad" se refiere a la propiedad de un material, con independencia de su espesor, y el sufijo "-ancia" se refiere a la propiedad de un cuerpo determinado con un espesor dado.
Energía calorífica
Una kilocaloría (1 kcal o 1 000 calorías) es la cantidad de calor (energía) necesaria para aumentar en un grado centígrado (°C) la temperatura de un kilogramo de agua. La unidad de energía en el sistema internacional (SI) es el julio (J). Una kcal corresponde a unos 4,18 kJ (esta equivalencia varía ligeramente en función de la temperatura). Otra unidad de energía es la Btu (British thermal unit o unidad térmica británica). Una Btu equivale aproximadamente a 1 kJ.
Conductividad térmica
En términos sencillos, es una medida de la capacidad de un material para conducir el calor a través de su masa. Cada material, ya sea aislante o de otro tipo, tiene un valor de conductividad térmica específico que permite determinar su eficacia como aislante del calor. Puede definirse como la cantidad de calor o energía (expresada en kcal, Btu o J) que puede conducirse por unidad de tiempo a través de la unidad de superficie de un material de espesor unitario, cuando la diferencia de temperatura es la unidad. La conductividad térmica puede expresarse en kcal·m-1·°C-1, en Btu·ft-1·°F-1 y, en el SI, en vatios (W)·m-1·°C-1. La conductividad térmica se conoce también como «k».
Coeficiente de conductancia térmica « l» (kcal·m-2·h-1·°C-1)
Se identifica mediante la letra griega ë (lambda) y se define como la cantidad de calor (en kcal) conducido en una hora a través de 1 m2 de material, de un espesor de 1 m, cuando la diferencia de temperatura entre los lados del material en condiciones de flujo continuo de calor es de 1 °C. La conductancia térmica se determina experimentalmente y es el parámetro básico de cualquier material aislante. Puede expresarse en unidades del SI, W·m-2·Kelvin (K)-1,, o en Btu·ft-2·h-1·°F-1 (Btu por pie cuadrado, hora y grado Fahrenheit).
Resistividad térmica
La resistividad térmica es la inversa de la conductividad térmica k: (1/k).
Resistencia térmica (R)
La resistencia térmica (R) es la inversa de ë: (1/l) y se utiliza para calcular la resistencia térmica de cualquier material, simple o compuesto. El valor R puede definirse, sencillamente, como la resistencia que ejerce un material determinado al flujo de calor. Un buen material aislante tendrá una resistencia térmica (R) alta. Para espesores diferentes de 1 m, la resistencia térmica aumenta en proporción directa al aumento del espesor del material aislante, es decir, x/l, donde x representa el espesor del material en metros.
Coeficiente de transmisión de calor (U) (kcal·m-2·h-1·°C-1)
El símbolo U designa el coeficiente global de transmisión de calor de cualquier sección de un material simple o compuesto. Las unidades de U en el SI son kcal por metro cuadrado de sección por hora por grado centígrado (de diferencia de temperatura entre el aire interior y el exterior). Puede también expresarse en otros sistemas de unidades. El coeficiente U incluye las resistencias térmicas de ambas caras de las paredes o suelos, así como la resistencia térmica de las capas y espacios de aire que pueda contener la pared o el suelo en su interior.
Permeancia al vapor de agua (pv)
Se define como la cantidad de vapor de agua que atraviesa la unidad de superficie de un material de espesor unitario, cuando la diferencia de presión de vapor de agua entre ambas caras del material es la unidad. Puede expresarse en g·cm·mm Hg-1·m-2·día-1, en el SI, o bien en g·m·MN-1·s-1 (gramos por metro por meganewton por segundo).
Resistencia al vapor de agua (rv)
Es la inversa de la permeancia al vapor de agua y se define como rv = 1/pv.
La función primaria de los materiales termoaislantes utilizados en las pequeñas embarcaciones de pesca que utilizan hielo es reducir la transmisión de calor a través de las paredes, escotillas, tuberías o candeleros de las bodegas de pescado hasta el lugar en el que se almacena hielo o pescado enfriado. Al reducir la cantidad de calor infiltrado, puede reducirse la cantidad de hielo que se funde y aumentar así la eficacia de la conservación en hielo. Según se ha explicado antes, el hielo se consume porque absorbe la energía calorífica del pescado, pero también absorbe la energía calorífica que se infiltra a través de las paredes del recipiente de almacenamiento. El aislante de las paredes del recipiente puede reducir la cantidad de calor que penetra en el mismo y reducir así la cantidad de hielo necesaria para que su contenido se mantenga frío.
Las principales ventajas de aislar la bodega de pescado con materiales adecuados son:
evitar la transmisión de calor procedente del aire caliente circundante, de la sala de máquinas y de las infiltraciones de calor a través de las paredes, escotillas, tuberías y candeleros de la bodega de pescado;
aprovechar al máximo el espacio útil de la bodega de pescado y los costos de enfriamiento del pescado;
ayudar a reducir las necesidades energéticas de los sistemas de refrigeración, si se utilizan.
Dado que el espacio de la bodega es frecuentemente un bien preciado en las pequeñas embarcaciones y que los costos de su aislamiento pueden constituir una proporción significativa de los costos que conlleva su construcción, la elección de material aislante puede ser muy importante.
De los diversos materiales aislantes disponibles en el mercado para las embarcaciones de pesca, son pocos los que resultan completamente satisfactorios para esta finalidad. Los problemas principales son la falta de resistencia mecánica suficiente y la absorción de humedad. Este último es un problema particularmente significativo en embarcaciones de pesca que utilizan la fusión del hielo como medio de enfriamiento. Los materiales termoaislantes basan sus propiedades en la retención de burbujas o bolsas de gas en el seno de una estructura espumosa. Si estas células de gas se llenan de humedad, se reduce significativamente su capacidad aislante.
La conductividad térmica del agua (a 10 °C) es de 0,5 kcal·m-1·h-1·°C-1 y la del hielo (a 0 °C) es de 2 kcal·m-1·h-1·°C-1 (unas cuatro veces mayor que la del agua). En cambio, la del aire seco en reposo es de cerca de 0,02 kcal·m -1·h -1·°C -1. La Figura 5.1 muestra la conductividad térmica del R-11, el aire seco, el vapor de agua y el hielo en el interior de un material aislante e ilustra el significativo aumento de la conductividad térmica que puede producirse si el aire o gas se sustituye por vapor de agua en el aislante.
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FIGURA 5.1
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Los materiales aislantes pueden absorber humedad no sólo por contacto directo con el agua que se infiltra en las paredes de la bodega, sino también por condensación de vapor de agua en las paredes cuando se alcanza el punto de rocío en el gradiente de temperaturas del interior de las paredes.
La incorporación en el diseño del aislante de barreras adecuadas contra el vapor de agua es, por consiguiente, esencial para protegerlo de la absorción de humedad. En la mayoría de los climas, la transmisión de vapor de agua se producirá normalmente del exterior al interior de las paredes de la bodega, ya que la temperatura externa será probablemente superior a la temperatura interna. Si se quiere prevenir este efecto, es necesario disponer una capa impermeable de protección contra la humedad en el exterior del aislante, así como una barrera contra la humedad en el revestimiento, para evitar la penetración en el aislante del agua de fusión del hielo. La barrera contra el vapor puede estar formada por superficies impermeables de paneles aislantes prefabricados (paneles de tipo sándwich, en los que una cara, de laminas de acero galvanizado de espesor reducido, es la barrera contra el vapor, y la otra el acabado interior de láminas de aluminio o de acero galvanizado recubiertas con plástico), plásticos reforzados, láminas de polietileno, películas de plástico de espesor mínimo de 0,2 mm o papel de aluminio de espesor mínimo de 0,02 mm, laminado con una membrana de brea. El espesor mínimo de las láminas de aluminio o de acero galvanizado deberá ser de 0,3 mm.
El Recuadro 5.1 muestra las principales características que deberá tener un material aislante adecuado.
Existen muy diversos materiales termoaislantes, pero pocos se ajustan a las necesidades constructivas de las bodegas de pescado modernas. La selección del material aislante deberá basarse en su costo inicial, su eficacia, su durabilidad, su adaptabilidad a la forma de la bodega de pescado y los métodos de instalación disponibles en cada lugar. Desde un punto de vista económico, puede ser preferible elegir un material aislante con una conductividad térmica baja que aumentar el espesor del aislamiento de las paredes de la bodega. Al reducir la conductividad térmica, se necesitará menos aislante para una determinada capacidad de conservación del frío y se dispondrá de un mayor volumen utilizable en la bodega de pescado. El espacio que ocupan los materiales aislantes en las embarcaciones de pesca puede representar, en muchos casos, del 10 al 15 por ciento de la capacidad bruta de la bodega de pescado.
Uno de los mejores aislantes disponibles en el mercado para embarcaciones de pesca es la espuma de poliuretano. Tiene buenas propiedades termoaislantes, una baja permeabilidad al vapor de agua, una alta resistencia a la absorción de agua, una resistencia mecánica relativamente alta y una baja densidad. Además, su instalación es relativamente fácil y económica. En el Cuadro 5.1 se muestran las principales características de las espumas de poliuretano.
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RECUADRO 5.1 Conductividad térmica Permeabilidad al vapor de agua Características de resistencia e
instalación Características de seguridad |
La espuma de poliuretano es un aislante eficaz porque tiene una alta proporción (al menos un 90 por ciento) de microcélulas cerradas, no conectadas entre sí, llenas de gas inerte. Hasta hace poco, el gas inerte utilizado con más frecuencia en las espumas de poliuretano era el R-11 (triclorofluorometano). Sin embargo, el Protocolo de Montreal relativo a las sustancias que agotan la capa de ozono ha exigido la eliminación gradual del uso de CFC como el R-11. Están investigándose actualmente agentes espumantes que lo sustituyan, entre ellos hidrocarburos, hidrofluorocarburos y gases inertes como el dióxido de carbono.
CUADRO 5.1
Densidad y conductividad térmica a 20
-25 °C de aislantes de poliuretano
|
Tipo |
Densidad |
Conductividad térmica |
|
Espuma de poliuretano |
30 |
0,026/0,0224 |
|
Plancha rígida de poliuretano expandido |
30 |
0,02-0,025/0,0172-0,0215 |
|
Plancha rígida de poliuretano expandido |
40 |
0,023/0,02 |
|
Plancha rígida de poliuretano expandido |
80 |
0.04/0.34 |
|
Poliuretano expandido in situ |
24-40 |
0,023-0,026/0,0198-0,0224 |
Fuente: FAO, 1989.
Las espumas de poliuretano se aplican y usan principalmente en forma de planchas o bloques rígidos y tuberías preformadas de diversas formas y tamaños. Las principales aplicaciones de estos tipos de espumas son en cámaras frigoríficas, almacenes de hielo y almacenes frigoríficos. Pueden producirse paneles estructurales tipo sándwich, con bloques de espuma de poliuretano, para uso en almacenes frigoríficos prefabricados.
Las espumas de poliuretano pueden producirse también in situ por diversos métodos, como los siguientes:
Puede verterse in situ. Para ello, se mezclan las sustancias químicas, por medios manuales o mecánicos, y se vierten en moldes abiertos o en los espacios que es necesario aislar térmicamente. La mezcla genera una espuma y se solidifica. En caso necesario, la espuma solidificada puede cortarse para darle el tamaño o la forma necesarios.
Puede rociarse directamente sobre una superficie sólida por medio de pistolas que mezclan y atomizan la espuma en el momento de su aplicación. Por ejemplo, se puede rociar directamente las superficies exteriores de bodegas o depósitos de pescado, mientras que en las zonas inaccesibles el aislante puede ser pulverizado y acumulado sin necesidad de moldes. La espuma se adhiere a sí misma y a la mayoría de los metales, maderas y otros materiales. Puede también ser inyectada en una cavidad (por ejemplo, para producir cajones termoaislados moldeados). Las técnicas de rociado e inyección están convirtiéndose en las más utilizadas para la instalación de espuma de poliuretano rígida en barcos y embarcaciones de pesca.
En la espumación, la mezcla de sustancias químicas se aplica parcialmente preexpandida, en forma de aerosol con textura cremosa. Para la preexpansión inmediata se necesitan equipos adecuados, incluido un agente espumante adicional. La fase final de la expansión se produce al completarse la reacción química. Esta técnica se utiliza cuando se necesitan paneles de espuma rígidos, con una relación resistencia/peso alta.
Las normas contra incendios exigen la incorporación de agentes ignífugos a la espuma aislante de poliuretano. Además, deberá añadirse un revestimiento protector para dificultar la ignición de la espuma por efecto de una llama pequeña.
Según pruebas de laboratorio, la espuma de poliuretano (rígida) no protegida que contiene un agente ignífugo no prenderá por efecto de llamas pequeñas como las producidas por cerillas, pero arderá rápidamente si se expone a fuentes de grandes llamas y calor intenso. No obstante, cuando la espuma de poliuretano se protege del contacto directo con las llamas y se excluye la presencia de aire, se elimina la posibilidad de que arda. Asimismo, el tipo de resina y de isocianato utilizados en la fabricación de la espuma pueden influir en sus características de resistencia al fuego. Las espumas elaboradas con diisocianato de tolueno tienden a reblandecerse y fundirse más fácilmente por efecto del calor que las elaboradas con diisocianato de difenilmetano. Durante la aplicación de la espuma de poliuretano en barcos, deberán tenerse en cuenta las precauciones contra incendios descritas en el Recuadro 5.2.
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RECUADRO 5.2 Almacenamiento in situ Los compuestos de uretano no tienen un alto índice de inflamabilidad. En los lugares en los que se almacenen planchas o bloques deberán prohibirse las llamas desnudas y las fuentes intensas de calor radiante. En el almacenamiento de disolventes y adhesivos inflamables deberán observarse las precauciones habituales aplicables a estos materiales. Aplicación in situ Generalidades. Siempre que sea posible, todas las actividades de soldadura y otras actividades que conlleven llamas desnudas o temperaturas altas en la zona que se prevé aislar, o en sus superficies exteriores, deberán haberse completado antes de la aplicación de la espuma. Deberán prohibirse todas estas actividades, así como fumar, durante la aplicación de la espuma, para evitar la ignición de espuma, disolventes o adhesivos expuestos. Aplicación in situ. La espumación se realiza en cavidades protegidas por un revestimiento. Esta operación o tipo de aislamiento no conlleva un peligro extraordinario de incendio excepto el asociado a la posible utilización de disolventes inflamables para la limpieza del equipo. El tipo de revestimiento deberá estar aprobado por la cámara de comercio (o por la autoridad competente). Rociado. Inmediatamente después de ser rociada, la espuma queda al descubierto; en este estado, su exposición a fuentes de calor o ignición es peligrosa. Deben prohibirse todas las actividades de soldadura u otras que conlleven llamas desnudas o temperaturas altas en la zona hasta que la espuma haya sido protegida de forma adecuada. Además, antes de que se haya protegido la espuma, no debe permitirse que penetren en la zona llamas desnudas ni temperaturas altas procedentes del exterior, por ejemplo, por la soldadura o corte de las placas adyacentes al aislante. El polvo generado en las posibles operaciones de lijado o pulido para alisar la superficie de la espuma, así como el polvo de otras fuentes, puede constituir un peligro de incendio. Deberán adoptarse precauciones adecuadas, eliminando el polvo lo antes posible. La superficie de espuma rociada debe cubrirse a la mayor brevedad con un revestimiento aprobado por la autoridad competente. Planchas o bloques. Debe prestarse particular atención a los peligros de incendio derivados del uso de adhesivos inflamables. Inmediatamente después de su aplicación, el aislante queda al descubierto y constituye, por consiguiente, un peligro de incendio similar al de la espuma rociada no protegida. Antes de haber protegido la plancha o bloque de espuma con un revestimiento aprobado por la autoridad competente, deben adoptarse las precauciones antes descritas para la espuma rociada. Reparaciones Puede ser necesario retirar el revestimiento de la espuma. Si es necesario realizar alguna operación de soldadura o de otro tipo que conlleve llamas desnudas o temperaturas altas, debe recortarse la espuma hasta una distancia de al menos 33 cm del lugar en el que se realiza la operación. Toda espuma al descubierto debe protegerse (por ejemplo, con una tela de amianto) de las llamas desnudas o temperaturas altas. Peligros de toxicidad por la combustión de la espuma Los productos de la combustión de la espuma de uretano y otros plásticos son peligrosos, al igual que los de la madera, la lana, las plumas, etcétera. En caso de incendio, existirán los peligros habituales, como falta de oxígeno, humo denso y gases calientes, por lo que deberán realizarse simulacros contra incendios normales.
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Existen varias calidades de espumas de poliuretano, algunas de las cuales son particularmente resistentes al fuego. Estas espumas, que contienen isocianurato, pueden resistir de 10 a 25 minutos antes de que el fuego las atraviese cuando se exponen a una llama de una antorcha de propano a 1 200 °C (las espumas de poliuretano normalizadas, en las mismas condiciones de ensayo, resisten unos 10 segundos), por lo que ofrecen una resistencia alta a la penetración efectiva del fuego. Las espumas de isocianurato disponibles en el mercado tienen una densidad media de 35 kg/m3, una conductividad térmica de 0,022 kcal·h-1·m-1·°C-1 y una permeancia al vapor de agua de 16,7 g·cm·m-2·día-1·mmHg-1. La Figura 5.2 muestra la relación entre la resistencia térmica (R) y el espesor de espumas de isocianurato comerciales.
Otras calidades de poliuretano son particularmente resistentes y tienen densidades bastante altas. Por ejemplo, la espuma rígida normalizada que se utiliza como aislante en cámaras frigoríficas puede tener una densidad de 30-40 kg/m3, mientras que la densidad de otras calidades de espuma utilizadas como núcleo estructural en barcos es de 100 a 300 kg/m3. La resistencia a la compresión de la espuma varía en función de su densidad, siendo de 2 a 3 kg/cm2 en las espumas con densidades de 35 a 40 kg/m3 y mayor en espumas con densidades más altas. El Cuadro 5.2 muestra las principales propiedades físicas de algunas calidades comerciales de espuma de poliuretano. Estas espumas no reaccionan con los disolventes utilizados en la instalación de plástico reforzado con fibra de vidrio, como los poliésteres con estireno o la acetona. Por consiguiente, es frecuente el uso como aislante en las bodegas o recipientes de pescado de espumas de poliuretano expandido con un revestimiento de plástico reforzado con fibra de vidrio, a pesar de su precio significativamente mayor que el del poliestireno expandido. Su principal limitación técnica es que son más higroscópicas que el poliestireno expandido, y que son combustibles y pueden producir sustancias tóxicas al arder. La Figura 5.3 muestra la permeabilidad al agua y al vapor de agua de diferentes materiales aislantes.
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FIGURA 5.2
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El estireno puede transformarse, mediante polimerización, en bolitas blancas de plástico de poliestireno. Estas bolitas pueden expandirse a continuación para formar una espuma conocida como poliestireno expandido. Hay dos formas principales de fabricar poliestireno expandido: mediante extrusión y mediante moldeo de bloques.
CUADRO 5.2
Propiedades físicas de algunas
calidades de espumas de poliuretano
|
Propiedades físicas |
Unidades |
Temp. de ensayo (°F/°C) |
Método de la American Society for Testing and Materials (ASTM) |
Calidades de espumas de poliuretano |
||||
|
9002-2B |
9002-3B |
9002-4B |
9005-2 |
9006-4 |
||||
|
Densidad nominal |
lb/ft (kg/m3) |
74/23,3 |
D1622 |
2(32) |
3(48) |
4(64) |
2(32) |
4(64) |
|
Tipo1 |
|
|
|
I |
I |
I |
III |
III |
|
Clase1 |
|
|
|
2 |
- |
- |
2 |
3 |
|
Resistencia a la compresión: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Paralela |
PSI2 |
74/23,3 |
D1621 |
38 |
70 |
100 |
25 |
75 |
|
b) Perpendicular |
PSI |
74/23,3 |
D1621 |
18 |
36 |
68 |
20 |
48 |
|
Módulo de compresión: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Paralela |
PSI |
74/23,3 |
D1621 |
1 050 |
1 750 |
2 500 |
600 |
2 000 |
|
b) Perpendicular |
PSI |
74/23,3 |
D1621 |
450 |
950 |
1 500 |
500 |
900 |
|
Resistencia a la tracción: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) Paralela |
PSI |
74/23,3 |
D1623 |
56 |
84 |
112 |
40 |
90 |
|
b) Perpendicular |
PSI |
74/23.3 |
D1623 |
40 |
65 |
90 |
35 |
77 |
|
Resistencia al cizallamiento: Perpendicular |
PSI |
74/23.3 |
C273 |
33 |
50 |
65 |
26 |
50 |
|
Resistencia al fuego |
ND |
74/23,3 |
D1692 |
nula |
nula |
nula |
no arde |
no arde |
|
Conductividad térmica (k) |
Btu/ft2. |
74/23,3 |
C177 |
0.11 a 0,16 |
|
|
|
|
|
Absorción de agua (2 días bajo una presión 2"): |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a) En volumen |
% |
74/23,3 |
D2127 |
|
|
|
|
|
|
b) En peso |
lb/ft2 |
74/23,3 |
D2127 |
0.04 |
0,025 |
0,02 |
0,04 |
0,04 |
|
Estabilidad dimensional: |
|
|
|
1,6 |
1 |
0,8 |
1,7 |
1,7 |
|
a) Cambio neto de volumen: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1 día |
% |
160/71,1 |
D2126 |
1,5 |
|
|
|
|
|
7 días |
% |
160/71,1 |
D2126 |
2 |
1 |
1 |
1,2 |
1,3 |
|
28 días |
% |
160/71,1 |
D2126 |
2,5 |
1,5 |
1,5 |
1,7 |
2,7 |
|
b) Deformación lineal media |
|
|
|
|
2 |
2 |
2,7 |
3,6 |
|
1 día |
% |
160/71,1 |
D2126 |
0,7 |
0,5 |
0,5 |
0,6 |
0,6 |
|
7 días |
% |
160/71,1 |
D2126 |
1 |
0,7 |
0,7 |
0,8 |
1,4 |
|
28 días |
% |
160/71,1 |
D2126 |
1,2 |
1 |
1 |
1,4 |
1,8 |
1 Según se especifica en la norma federal estadounidense HHI-I-00530.
2 1 PSI (pound/square inch: libras/pulgada cuadrada) = 0,070307 kg/cm2.
Fuente: American Society for Testing and Materials (ASTM), Book of Standards, y CPR Division. The Upjohn Co., Estados Unidos.
|
FIGURA 5.3
|
Las espumas extruidas se elaboran mezclando el poliestireno con un disolvente, añadiendo un gas bajo presión y, finalmente, sometiendo la mezcla a un proceso de extrusión para obtener el espesor necesario. El proceso de extrusión mejora las características de la espuma final, como su resistencia mecánica, ya que genera poros no conectados entre sí y un material más homogéneo. La resistencia mecánica de las espumas de poliestireno expandido puede variar entre 0,4 y 1,1 kg/cm2. Hay disponibles varias calidades de espumas, con una densidad comprendida entre 10 y 33 kg/m3 y una conductividad térmica que disminuye a medida que aumenta la densidad, según se muestra en el Cuadro 5.3.
Las espumas de poliestireno expandido presentan ciertas limitaciones técnicas:
son inflamables, aunque existen calidades ignífugas;
se descomponen gradualmente al exponerse directamente a la luz solar;
reaccionan con los disolventes utilizados en la instalación de plástico reforzado con fibra de vidrio (como los poliésteres con estireno), así como con otros disolventes orgánicos (gasolina, queroseno, acetona, etc.).
CUADRO 5.3
Densidad y conductividad térmica a 0
°C de aislantes de poliestireno
|
Tipo |
Densidad |
Conductividad térmica |
| |
(kg/m3) |
(W m-1 °C-1)/(kcal h-1 m-1 °C-1) |
|
Espuma expandida de tipo I |
10 |
0,057/0,049 |
|
Espuma expandida de tipo II |
12 |
0,044/0,038 |
|
Espuma expandida de tipo III |
15 |
0,037/0,032 |
|
Espuma expandida de tipo IV |
20 |
0,034/0,029 |
|
Espuma expandida de tipo V |
25 |
0,033/0,028 |
|
Espuma extruida rígida |
33 |
0,033/0,028 |
Esta última característica los hace poco adecuados para su uso en bodegas o recipientes de pescado con revestimiento de plástico reforzado con fibra de vidrio si la fibra de vidrio se aplica in situ directamente sobre el material aislante.
Pueden fabricarse paneles de planchas rígidas con poliestireno expandido de diferentes densidades y diversos espesores y tamaños.
La perlita es una roca volcánica que contiene del 2 al 5 por ciento de agua ligada. Es una sustancia químicamente inerte compuesta básicamente por sílice y aluminio, pero que contiene también algunas impurezas, como Na2O, CaO, MgO y K2O, que son higroscópicas, es decir que absorben fácilmente la humedad. Por consiguiente, en función de las condiciones de almacenamiento y de la calidad de la perlita, puede reducirse al mínimo la absorción de humedad. La perlita expandida tiene una densidad media de alrededor de 130 kg/m3 y una conductividad térmica de alrededor de 0,04 kcal·m-1·h-1·°C-1 (0,047 W·m-1·°C-1). Se expande cuando se calienta rápidamente a una temperatura entre 800 y 1 200 °C. Las partículas de perlita, cuya forma es granular, se expanden como consecuencia de la volatilización del agua ligada y la formación de vidrio natural. Así, los principales parámetros que definen las características de la perlita expandida son:
la temperatura de expansión.
La manipulación e instalación de la perlita expandida deben realizarse con precaución, ya que el polvo de perlita puede ocasionar envenenamiento crónico.
También se utiliza como material aislante la estera de fibra de vidrio, cuyas ventajas son las siguientes:
baja conductividad térmica (véase el Cuadro 5.4).
Existen rollos de aislante de fibra de vidrio (telas y esteras) de diferentes espesores. La anchura de estas esteras dependerá de la forma en que vayan a instalarse y algunas están revestidas por una cara con una lámina de metal o papel Kraft que actúa como barrera contra los vapores.
CUADRO 5.4
Densidad y conductividad térmica a 0
°C del aislante de fibra de vidrio
|
Tipo |
Densidad |
Conductividad térmica |
|
Tipo I |
10-18 |
0,044/0,038 |
|
Tipo II |
19-30 |
0,037/0,032 |
|
Tipo III |
31-45 |
0,034/0,029 |
|
Tipo IV |
46-65 |
0,033/0,028 |
|
Tipo V |
66-90 |
0,033/0,028 |
|
Tipo V |
91 |
0,036/0,031 |
|
Fibra de vidrio, ligada con resina |
64-144 |
0,036/0,031 |
Fuente: Elaborado por los autores con datos de Melgarejo, 1995.
Sin embargo, las esteras termoaislantes de fibra de vidrio tienen algunas limitaciones técnicas, entre las que destacan las siguientes:
permeabilidad a la humedad.
Pueden fabricarse paneles rígidos de planchas de fibra de vidrio comprimida. Estas planchas aislantes de peso reducido tiene valores de R relativamente altos para su espesor.
El corcho es probablemente uno de los materiales aislantes más antiguos que se han utilizado comercialmente y hubo un tiempo en que fue el material aislante más utilizado en la industria de la refrigeración. Actualmente, debido a la escasez de alcornoques productores de corcho, su precio es relativamente alto comparado con otros materiales aislantes. En consecuencia, su uso es muy escaso, excepto como base de algunas máquinas, para reducir la transmisión de vibraciones. Puede obtenerse en forma de planchas o bloques expandidos, así como en forma granular; su densidad varía entre 110 y 130 kg/m3 y su resistencia mecánica es de 2,2 kg/m2 por término medio. Sólo puede utilizarse hasta temperaturas de 65 °C. Tiene una buena eficacia termoaislante, es bastante resistente a la compresión y no arde fácilmente. Su principal limitación técnica es su tendencia a absorber humedad, siendo su permeancia media al vapor de agua de 12,5 g·cm·m-2·día-1·mmHg-1. El Cuadro 5.5 muestra algunas características típicas del corcho.
CUADRO 5.5
Densidad y conductividad térmica a
20-25 °C del aislante de corcho
|
Tipo |
Densidad |
Conductividad térmica |
|
Granulado suelto y seco |
115 |
0,052/0,0447 |
|
Granulado |
86 |
0,048/0,041 |
|
Bloque de corcho expandido |
130 |
0,04/0,344 |
|
Plancha de corcho expandido |
150 |
0,043/0,037 |
|
Expandido, ligado con resinas o brea |
100-150 |
0,043/0,037 |
|
Expandido, ligado con resinas o brea |
150-250 |
0,048/0,041 |
Fuente: Elaborado por los autores con datos de Melgarejo, 1995.
En el Cuadro 5.6 se comparan algunos de los materiales más comúnmente utilizados con fines de aislamiento, indicándose la resistencia térmica (R) y las ventajas e inconvenientes de cada tipo de material. En general, los materiales más costosos, como las espumas de poliuretano, tienen una mayor eficacia aislante para un espesor dado. Es posible comparar los diversos tipos de materiales aislantes basándose en sus valores de R (véase la definición de R en el apartado 5.1.2).
En la Figura 5.4 se comparan los espesores típicos de diferentes materiales aislantes para cámaras frigoríficas y almacenes de hielo instalados en tierra, en zonas templadas y tropicales, con temperaturas ambientes medias de 20, 30 y 40 °C. Según algunos diseñadores, el coeficiente de conductancia térmica (l) para cámaras frigoríficas y almacenes de hielo en tierra no debe superar 0,26 kcal·m-2· h-1·°C-1 (equivalente a un valor de R = 18,8 ft2·h·°F·Bt-1). Sin embargo, la fijación de este valor depende básicamente del costo de la energía, por lo que puede reducirse si éste aumenta.
La selección del espesor óptimo para el aislamiento óptimo de bodegas de pescado dependerá de factores como los costos del aislamiento (materiales e instalación), los costos del hielo (o de de la energía y el equipo, según las necesidades de refrigeración), el ahorro anual en costos de refrigeración debido a la mayor eficacia del aislamiento, y las condiciones locales (tipo de operaciones y embarcaciones pesqueras, especies capturadas, precios del pescado, costos de los préstamos). Por consiguiente, el espesor óptimo del aislamiento deberá determinarse caso por caso. No obstante, teniendo en cuenta las condiciones ambientales del lugar en el que probablemente operará la embarcación de pesca, que no dependen de cálculos económicos, deberá determinarse un espesor de aislamiento mínimo recomendado. En la práctica, deberá alcanzarse un equilibrio entre el espesor óptimo del aislamiento y los costos del hielo o la refrigeración.
Al elegir el espesor de aislamiento óptimo debe tenerse en cuenta también, para fines de planificación, las infiltraciones de calor por radiación y conducción.
CUADRO 5.6
Materiales aislantes comunes: resistencia
térmica (R), ventajas e inconvenientes
|
Material aislante |
Valor de R por pulgada |
Ventajas |
Inconvenientes |
|
Poliuretano, en plancha |
6,25 |
Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio |
No siempre es fácil de obtener; relativamente caro |
|
Poliuretano, rociado |
7,0 |
Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio; aplicación sencilla con equipo de rociado |
No siempre es fácil de obtener; caro; exige equipo especial de rociado |
|
Poliuretano, vertido (mezcla química de dos componentes) |
7,0 |
Muy buena R; puede usarse con resinas de fibra de vidrio; aplicación relativamente sencilla |
No siempre es fácil de obtener; caro; los volúmenes deben calcularse muy cuidadosamente |
|
Poliestireno, en láminas (lisas), nombre comercial«Styrofoam» |
5,0 |
Fácilmente disponible, de bajo costo, R razonable |
No puede usarse con resinas de fibra de vidrio, a no ser que se proteja; se daña fácilmente |
|
Poliestireno, expandido in situ y en perlas moldeadas expandidas. Conocido como Isopor, Polypor, etc. |
3,75 a 4,0 |
Valores de R razonables, menor costo que las láminas de superficie lisa |
No puede usarse con resinas de fibra de vidrio, a no ser que se proteja; se daña fácilmente |
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Plancha de corcho |
3,33 |
Disponible en muchos mercados; costo razonable; puede recubrirse con fibra de vidrio |
R menor que la del poliuretano para espumas de estireno |
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Rollos de lana de fibra de vidrio |
3,3 |
Bajo costo; instalación fácil |
Absorbe agua u otros líquidos con facilidad, y pierde capacidad aislante al mojarse |
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Rollos de lana mineral |
3,7 |
Ídem |
Ídem |
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Virutas de madera |
2,2 |
Fácilmente disponible; bajo costo |
Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; se descompone |
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Serrín |
2,44 |
Fácilmente disponible; bajo costo |
Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; se compacta por efecto de las vibraciones |
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Paja |
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Fácilmente disponible; bajo costo |
Absorbe humedad y su R se reduce al mojarse; alberga insectos, etc. |
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Espacio de aire |
1,0 aprox. |
Costo nulo |
Es necesario sellarlo completamente para evitar la circulación de aire que ocasiona la infiltración de calor |
Determinados aspectos de la selección de los materiales aislantes y del revestimiento protector para bodegas de pescado deben considerarse detenidamente. Por ejemplo, la perlita, el corcho y otros materiales aislantes muy higroscópicos no deberán usarse en las paredes laterales ni el suelo de la bodega de pescado (debido a las condiciones extremadamente húmedas existentes en estas zonas), a no ser que se dispongan sobre estos materiales revestimientos impermeables adecuados. Los revestimientos consistentes en tablones de madera o láminas de madera contrachapada no son, por sí solos, adecuados para proteger a los materiales aislantes en las paredes o suelos húmedos de las bodegas de pescado. Una buena solución es optar por revestimientos protectores de metal que puedan soldarse, a condición de que las uniones sean fuertes y que pueda garantizarse su impermeabilidad completa. Los revestimientos de metal disponibles en el mercado más adecuados para bodegas de pescado son las planchas de aleación de aluminio extruidas y las placas de acero dulce. No obstante, como la soldadura de aleaciones de aluminio es difícil y costosa, el revestimiento de aleación de aluminio deberá prepararse antes de la aplicación del aislante, con el fin de evitar la posibilidad de incendio de algunos materiales aislantes celulares. En caso contrario, deberán tomarse precauciones estrictas contra el fuego durante la instalación del revestimiento o cuando sea necesario repararlo. Mediante la aplicación de materiales aislantes de espumación in situ, es posible aislar fácilmente bodegas de pescado o depósitos de AME/AMR aplicando la espuma entre el casco y la placa de acero del depósito o las paredes de la bodega de pescado, evitando así los riesgos de incendio ocasionados por las operaciones de soldadura.
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FIGURA 5.4
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Un material de revestimiento utilizado habitualmente para bodegas de pescado, en particular para embarcaciones de casco de madera, es el plástico reforzado con fibra de vidrio (PRFV), que puede aplicarse directamente sobre algunos plásticos celulares expandidos aislantes (como las espumas de poliuretano). En la práctica, se aplican sobre el material aislante dos o tres capas de fibra de vidrio (estera de 450 g/m2 de densidad) y resina, o bien dos capas de estera de 450 g/m2 y una capa de acabado consistente en una estera de 300 g/m2 y resina; se aplican (con un rodillo) resinas de poliéster hasta obtener un revestimiento de 4 a 5 mm de espesor. Otro método en el que se utiliza espuma de poliestireno expandida junto con un revestimiento de PRFV consiste en proteger el aislante con láminas de contrachapado marino de un espesor de al menos 8 mm y una capa de alquitrán, y después cubrir el contrachapado marino con una capa de PRFV de al menos 4 mm de espesor. Deberán tomarse las precauciones necesarias para asegurarse de que la ventilación entre el contrachapado marino y la madera del casco es adecuada, con el fin de evitar la descomposición del casco de madera por efecto de los hongos y la absorción de humedad por el material aislante.
