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Materiales aislantes y refractarios 25/07/12 Presentado por: María Helena Naranjo Barreto Centro de Gestión Industrial Química aplicada ala industria Julio de 2012

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Presentacion de materiales de laboratorio, para el sena2012

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Materiales aislantes y refractarios

25/07/12

Presentado por:María Helena Naranjo Barreto

Centro de Gestión IndustrialQuímica aplicada ala industria

Julio de 2012

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25/07/12

Tabla de contenido Objetivo

Introducción

Requisitos y principio fundamental

Clasificación de la operación

Materiales refractarios

Selección

• Aplicación

• Tabla comparativa de equipos

Ejemplo del proceso

Glosario y términos asociados

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El material refractario tiene como objetivo principal soportar elevadas temperaturas sin corroerse o debilitarse por el entorno de hecho estos materiales son de construcción, por lo que se requiere su estabilidad tanto química como física.

Los materiales refractarios por excelencia son las cerámicas.

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ObjetivoMateriales Refractarios

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Se puede definir como material refractario a todo aquel material no metálico estable a altas temperaturas.Cualquier material se puede describir como material “refractario” si puede soportar la acción de sólidos, de líquidos o de gases abrasivos o corrosivos en las temperaturas altas. Las varias combinaciones de condiciones de funcionamiento en las cuales se utilicen los materiales refractarios, hacen necesario fabricar un rango de materiales refractarios con diversas características. Los materiales refractarios se hacen en combinaciones y Dimensiones de una variable y para diversas aplicaciones.

INTRODUCCION

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Capacidad de soportar temperaturas altas. Capacidad de soportar cambios de temperaturas repentinos. Capacidad de soportar la acción de la escoria del metal fundido,

del vidrio, de gases calientes, del etc. Capacidad de soportar la carga en las condiciones del servicio. Capacidad de soportar la carga y fuerzas abrasivas. Coeficiente de expansión térmica bajo. Debe poder conservar calor. No debe contaminar el material con el cual entra en el contacto.

Requisitos de un material refractario

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Son de utilización muy amplia y antigua en todos los ámbitos. Y son muy comunes cotidianamente dependiendo del área de la aplicación tal como calderas, hornos, estufas, cocinas, etc.

• Un amplio grupo de materiales no metálicos, compuestos por metales y no metales, unidos por enlaces iónicos y/o covalentes.

• Principalmente compuestos de arcilla, feldespato y sílice

Usos Descripción

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Clasificación de materiales refractariosClasificación basada en la composición química

Ejemplos

ÁCIDO---cuál combina fácilmente con las bases.

Silicona, Semi silica, Alumino silicato.

BASICO, el cual consiste principalmente en los óxidos metálicos que resisten la acción de bases.

Magnesita, cromo magnesita, do lomita.

NEUTRAL el cual no combina; ni con los ácidos ni las bases.

Cromo, puro. Alúmina

Especial

Carbón, carburo de silicio, Zirconio.

Clasificación basada en uso final

Clasificación basada en el método de fabricación

Foso de colada del horno

- Proceso seco de la prensa

- molde fundido

- normal formada, (encendido o químicamente pegado.) - Sin formar (plásticos Monolíticos-, masas pegadas, moldeable con fuego, en spray)

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Características de los materiales refractarios

Punto de fusión Conductividad térmica

Tamaño Cono equivalente piro métrico (PCE)

Densidad a granel Arrastramiento en la temperatura alta

PorosidadResistencia a la compresión fría

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Refractarios Ladrillos para calderas y hornos. Tienen un alto contenido de sílice o aluminio.

Son utilizados en la fabricación de hierro y acero, metales no ferrosos, vidrio, cementos, conversión de energía, petróleo, e industrias químicas.

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Ejemplo de Materiales refractarios

típicos en uso industrial

Guarnición refractaria de un arco del horno

Paredes refractarias de un interior del horno con los bloques de la hornilla

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FUNCIONES CARACTERÍSTICAS EJEMPLOS

Economizar energía

Reducir la pérdida en las envolventes.

Mejorar el confort térmico.

Aumentar la resistencia térmica en la envolventes.

Porosos (celdas con aire o algún gas seco encapsulado en su interior, en estado inerte o quieto).

Posee baja capacidad de conductividad.

Alta Reflectividad.

Impermeable al vapor de agua.

Materiales blancos y brillantes.

Corcho aglomerado.

Espuma de Poliuretano.

Poliestireno expandido.

Lana de vidrio.

Vermiculita.

Arcilla expandida.

Piedra pomes o escoria de lava volcánica.

Fibras vegetales de madera, de eucalipto, aglomerado, fibras de caña, de paja, de amianto, etc.

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RAE: Aquel cuerpo que resiste la acción del fuego

sin cambiar de estado ni Descomponerse. Es decir, se considera como material refractario a todo aquel compuesto o elemento que es capaz de conservar sus propiedades físicas, químicas y mecánicas a elevada temperatura.

UNE (150 R836-68): Materiales refractarios como a aquellos

productos naturales o artificiales cuya refractariedad (Resistencia piroscópica) es igual o superior a 1500 ºC.

Resistencia piroscópica: resistir esas temperaturas sin fundir o reblandecer.

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Glosario

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• Las escorias son un subproducto de la fundición de la mina para purificar los metales, suele utilizarse como un mecanismo de eliminación de residuos en la fundición del metal. Es una sustancia vítrea que sobrenada en el crisol de los hornos de fundir metales. En la naturaleza, los minerales de metales como el hierro, el cobre, el aluminio y otros metales se encuentran en estados impuros, a menudo oxidados y mezclados con silicatos de otros metales. Durante la fundición, estas impurezas se separan del metal fundido y se pueden retirar.

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Glosario

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Los procesos de fundición ferrosos y no ferrosos producen distintas escorias:

- La fundición del cobre y el plomo, no ferrosa, está diseñada para eliminar el hierro y la sílice que suelen darse en estos minerales, y se separa en forma de escoria basada en silicato de hierro.

- Por otro lado, la escoria de las acerías, en las que se produce una fundición ferrosa, contiene principalmente calcio, magnesio y aluminio.

Generalmente las escorias básicas reaccionan con los refractarios ácidos, y viceversa, pero esto solo es un criterio general.

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Tipos de escorias

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El objetivo de una aislación térmica es impedir la transferencia de calor desde o hacia el cuerpo aislado. En la industria, la principal función de los materiales aislantes térmicos es minimizar la pérdida de calor, reduciendo así los costos energéticos.

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Objetivo

Materiales aislantes

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Los materiales de aislación térmica aprovechan en general el hecho de que el aire es un excelente aislante. Por esta razón, la gran mayoría de los materiales usados como aislantes son porosos, manteniendo el aire atrapado en su interior.Los materiales aislantes térmicos poseen una porosidad real de al menos un 45%, aunque la mayoría de los materiales tienen una porosidad entre 60 a 90%  y mayores aún.

INTRODUCCION

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Una alta porosidad resulta en una baja conductividad térmica, relativamente baja resistencia mecánica, alta permeabilidad de gases, entre otros.

La conductividad térmica no depende sólo de la porosidad real, sino que del tamaño del poro, forma del poro y  composición mineralógica del aislante.

Descripción

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Tipos y aplicación

Aislantes de la baja temperatura (hasta 90°C)

Este rango cubre los materiales de aislamiento para los refrigeradores, los

circuitos de agua fríos y calientes, los tanques de almacenaje, etc..

Los materiales de uso general son corcho, madera, magnesia al 85%, fibras

minerales, poliuretano y poliestireno expandido, etc.

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Tipos y aplicación

Aislantes medios de la temperatura (90 – 325°C)

Los aisladores en este rango se utilizan en la baja temperatura, calefacción y vapor

levantando el equipo, las líneas de vapor, los conductos etc.. del tubo. Los tipos de

materiales usados en esta gama de temperaturas incluyen la magnesia del

85%, el asbesto, el silicato de calcio y las fibras minerales. etc..

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Tipos y aplicación

Aislantes de alta temperatura (325° C - arriba)

Las aplicaciones típicas de tales materiales son los sistemas del vapor, el secador y los hornos súper calentados,

etc.. del horno. Los materiales más extensivamente usados de este rango

son asbesto, silicato del calcio, fibra mineral, mica y vermiculita basada en aislante, arcilla refractaria o silicona

basada en aislante y fibra de cerámica.

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Los materiales de aislante se pueden también clasificar en tipos orgánicos e inorgánicos. Los aislantes orgánicos se basan en los polímeros del hidrocarburo, que se pueden ampliar para obtener estructuras altamente vacías.

Ejemplo: Thermocol (poliestireno ampliado) y forma polivinílica del uretano (PUF).

El aislante inorgánico se basa en los materiales silíceos/aluminosos/del calcio en formas fibrosas, granulares o del polvo.

Ejemplo: Lanas minerales, silicato etc.. del calcio

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Clasificación

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Ejemplo de Materiales aislantes

Secciones de silicato de calcio

Lana de vidrio mineral

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El espesor de paredes y la conductividad de paredes se pueden controlar fácilmente por el fabricante del horno.

Mientras que el espesor de pared aumenta, las pérdidas de calor reducen.

Mientras que el espesor del aislante se aumenta, las pérdidas de calor reducen.

El efecto del aislante en la reducción de pérdidas de calor es más pronunciado que el incremento de espesor de pared. Ásperamente 1 cm del ladrillo del aislante es equivalente a 5 a 8 cm del material refractario (ladrillo refractario).

En hornos intermitentes, las paredes finas de materiales refractarios aisladores son preferibles a las paredes gruesas de un material refractario normal para la operación intermitente puesto que menos calor se almacena en ellas.

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Características de funcionamiento

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Un acercamiento para alcanzar menos capacidad del almacenaje del calor sería utilizar el material de aislamiento en sí mismo para formar la guarnición refractaria interna. Los materiales refractarios robustos con fuerza bastante buena y resistencia a la escamación se pueden utilizar para las temperaturas en el rango de 1300°C. Se llaman aislante de cara caliente.

Los ladrillos aislantes de cara caliente son más ligeros de los materiales refractarios normales, pesando solamente de un tercio a una mitad, a lo mucho. Por lo tanto, el almacenaje del calor en el aislante de cara caliente se reduce mucho.

En hornos que trabajan con una baja carga mecánica y no presentan corrosión, o presentan una muy baja, los materiales aislantes térmicos se han transformado en la mejor opción, eliminando así los diseños con materiales refractarios densos y pesados.

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Características de funcionamiento

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Las principales aplicaciones que estos materiales presentan desde el punto de vista del aislamiento térmico son:

Hornos industriales: revestimientos, empaquetadura de puertasCalderas: Aislamiento, sellado de puertas, separadores de zonas de calorAislamiento de cajas de válvulas.Calefacción de hornos de vidrio.Tuberías de gases.Aislamiento de turbinas de gas o vapor.Industria del automóvil: pantallas térmicas. Protección contra incendiosMechas para calentadores.Elementos de un motor térmico. (el uso de componentes cerámicos puede mejorar el rendimiento de la operación un 30%.)Protección de bridas: especialmente en la industria vidriera.Transbordadores espaciales.

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Aplicaciones de Materiales aislantes

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GlosarioMicroestructura o textura : Los materiales refractarios son productos policristalinos que contienen una o más fases cristalinas y usualmente fase líquida o vítrea. Las propiedades físicas, tales como la resistencia mecánica, dependen del tamaño y forma de

los cristales individuales, la naturaleza de la unión entre cristales y la distribución de la fase líquida. Estas características son conocidas como textura o microestructura del material refractario, y en general de cualquier otro tipo de material.

Técnicas para determinar la micro estructura : Las técnicas más utilizadas son la microscopía óptica de luz reflejada y la microscopía electrónica de barrido.

Tamaño de grano y crecimiento de grano : Al someter un material policristalino a temperaturas altas el tamaño promedio de los cristales va aumentando gradualmente, desapareciendo los granos o cristales más pequeños y creciendo los más grandes. La fuerza impulsora de este proceso de crecimiento es la suministrada por la reducción en área superficial del mismo material al pasar de un número grande de cristales pequeños a unos pocos cristales grandes de la misma composición.

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GlosarioConductividad térmica: La conductividad térmica depende del producto químico y de las composiciones mineralógicas así como la fase vidriosa contenida en el material refractario y la temperatura de aplicación. La conductividad cambia generalmente con subida de la temperatura. En caso de que la transferencia de calor se requiera a través de un trabajo de ladrillo, por ejemplo en recuperadores, los regeneradores, amortiguadores, etc.., el material refractario debe tener alta conductividad. La conductividad térmica inferior es deseable para la conservación del calor proporcionando al aislante adecuado.