Aislamiento térmico
el aislamiento térmico es el proceso de reducción de la transferencia de calor entre objetos en contacto térmico o en el rango de influencia radiativa. Los aislamientos térmicos consisten en materiales de baja conductividad térmica combinados para lograr una conductividad térmica del sistema aún más baja., El aislamiento térmico se puede lograr con métodos o procesos especialmente diseñados, así como con formas de objetos y materiales adecuados.,
Ver también: conductividad térmica
desde el punto de vista microscópico, el transporte de energía térmica en sólidos puede deberse generalmente a dos efectos:
- La migración de electrones libres
- ondas vibratorias de red (fonones)
Cuando los electrones y fonones transportan energía térmica que conduce a la transferencia de calor de conducción en un sólido, la conductividad térmica puede expresarse como:
k = ke + kph
los metales en general tienen alta conductividad eléctrica y alta conductividad térmica., Estas propiedades se originan especialmente del hecho de que sus electrones externos (electrones libres) están deslocalizados. Su contribución a la conductividad térmica es muy alta y se conoce como la conductividad térmica electrónica, ke. Como resultado, los metales son muy buenos conductores térmicos en lugar de aislantes térmicos.
para sólidos no metálicos, k está determinado principalmente por kph, que aumenta a medida que disminuye la frecuencia de interacciones entre los átomos y la red. De hecho, la conducción térmica de celosía es el mecanismo de conducción térmica dominante en los no metálicos, si no el único., En sólidos, los átomos vibran alrededor de sus posiciones de equilibrio (celosía cristalina). Las vibraciones de los átomos no son independientes entre sí, sino que están fuertemente acopladas con átomos vecinos. La regularidad de la disposición de la red tiene un efecto importante en kph, con materiales cristalinos (bien ordenados) como el cuarzo Que tienen una conductividad térmica más alta que los materiales amorfos como el vidrio.
se debe agregar, el aislamiento térmico se basa principalmente en la muy baja conductividad térmica de los gases., Los Gases poseen malas propiedades de conducción térmica en comparación con líquidos y sólidos, y por lo tanto hacen un buen material de aislamiento si pueden quedar atrapados (por ejemplo, en una estructura similar a la espuma). El aire y otros gases son generalmente buenos aislantes. Pero el beneficio principal está en la ausencia de convección. Por lo tanto, muchos materiales aislantes (por ejemplo, poliestireno) funcionan simplemente al tener un gran número de bolsas llenas de gas que evitan la convección a gran escala., La alternancia de la bolsa de gas y el material sólido hace que el calor se deba transferir a través de muchas interfaces que causan una rápida disminución en el coeficiente de transferencia de calor.
debe tenerse en cuenta que las pérdidas de calor de objetos más calientes se producen por tres mecanismos (ya sea individualmente o en combinación):
- conducción de calor
- convección de calor
- radiación térmica
hasta ahora no hemos discutido la radiación térmica como un modo de pérdidas de calor. La transferencia de calor por radiación está mediada por radiación electromagnética y, por lo tanto, no requiere ningún medio para la transferencia de calor., De hecho, la transferencia de energía por radiación es más rápida (a la velocidad de la luz) y no sufre atenuación en el vacío. Cualquier material que tenga una temperatura por encima del cero absoluto emite energía radiante. La mayor parte de la energía de este tipo se encuentra en la región infrarroja del espectro electromagnético, aunque parte de ella se encuentra en la región visible. Para disminuir este tipo de transferencia de calor, se deben usar materiales con baja emisividad. La emisividad, ε, de la superficie de un material es su eficacia en la emisión de energía como radiación térmica y varía entre 0.0 y 1.0., En general, los metales pulidos tienen una emisividad muy baja y, por lo tanto, se utilizan ampliamente para reflejar la energía radiante de vuelta a su fuente, como en el caso de las mantas de primeros auxilios.
