Existen numerosos tipos de aislamiento que se utilizan en todo el mundo en diversas aplicaciones. Entre los materiales aislantes se incluyen espumas (poliestireno, poliuretano, poliisocianurato y polietileno), fibras (vidrio, lana mineral, celulosa, sílice) y polvos.
Resumen
Estos materiales se utilizan en diversas configuraciones, como tableros semirrígidos y rígidos, bloques, materiales insuflados y paneles de vacío. El mejor aislamiento depende de la aplicación específica.
El aislamiento se utiliza para reducir el flujo de energía en diversas aplicaciones. Sus principales usos incluyen la construcción, los electrodomésticos y el transporte de mercancías. El rendimiento del aislamiento se mide comúnmente mediante dos factores: el valor R y la conductividad térmica. El valor R se utiliza habitualmente en el aislamiento utilizado en edificación y construcción. En el caso del valor R, cuanto mayor sea el valor, mejor será el aislante. El valor de la conductividad térmica se utiliza con mayor frecuencia en el transporte de mercancías y aplicaciones científicas, especialmente en productos farmacéuticos y de ciencias de la vida. La conductividad térmica es la velocidad a la que se transfiere el calor a través de un material. Cuanto menor sea el valor de la conductividad térmica, mejor será el aislante. En este informe técnico, abordaremos el uso de paneles de aislamiento al vacío en el transporte de productos farmacéuticos y de ciencias de la vida.
Cuando se requiere un control de temperatura a largo plazo, el VIP es un aislante superior. Cuatro factores principales determinan el rendimiento del VIP en cuanto a su eficacia como aislante: la película barrera, el material del núcleo, los desecantes/captadores y el nivel de vacío.
Imagen cortesía de Avery Dennison-Hanita.
El nivel de vacío
El nivel de vacío es la primera letra del término VIP (Panel Aislado al Vacío). El vacío se define como un espacio sin partículas. La eficacia del vacío para mantener la temperatura se puede demostrar con el termo tradicional, que mantenía tu bebida favorita caliente o fría todo el día, o con el termo que mantenía tu sopa caliente o tu postre favorito frío hasta la hora de comer. Esta misma teoría es la que minimiza la transferencia de energía de un lado a otro de un panel aislado al vacío. Esto es lo que mantiene el frío en un lado y el calor en el otro. Durante el proceso de fabricación del VIP, se evacúa el espacio entre las dos capas de la película de barrera para eliminar la mayor cantidad posible de partículas de aire y vapor de agua. El vacío se mide en relación con la presión atmosférica. Cuanto mayor sea la diferencia entre la presión interior del VIP y la presión atmosférica, mejor será su rendimiento.
La película de la barrera
El material que separa el interior del VIP de la atmósfera exterior y mantiene el vacío es la película barrera. Su propósito es minimizar la transferencia de partículas (aire y vapor de agua) entre el interior del VIP y el exterior, manteniendo así el vacío. Generalmente, se utilizan dos piezas de película barrera y se sellan para formar una envoltura. La(s) capa(s) de la estructura de la película proporciona(n) una barrera, como se mencionó, así como una capa de sellado para garantizar que no haya fugas entre las capas interna y externa del panel. La película barrera también contiene el material del núcleo en el interior de la envoltura y ayuda a definir la forma del panel. La película barrera suele ser una estructura laminada multicapa, compuesta potencialmente por diversos tipos de materiales.
Entre los materiales comúnmente utilizados se encuentran el polipropileno, el polietileno, el nailon, el aluminio, el PET (tereftalato de polietileno) y sus combinaciones. Estas capas se combinan para proporcionar la barrera más eficaz que impida la transferencia de partículas del exterior al interior. Se utilizan diversas combinaciones según los requisitos específicos del fabricante, desde una sola capa hasta un máximo de siete a nueve capas.
Una preocupación adicional para los diseñadores es el "efecto de borde" causado por el tipo de película barrera utilizada. Muchas de las estructuras de película barrera más efectivas utilizan capas de material metálico, que constituyen excelentes barreras para prevenir la transferencia de partículas. Sin embargo, estas capas metálicas también son excelentes conductores de energía. Estas capas pueden transferir energía de un lado, alrededor del borde del VIP, al otro (efecto de borde), y esencialmente anular la función del VIP. Existen diversos métodos para minimizar o prevenir este "efecto de borde" modificando las capas de la película barrera e incluso utilizando diferentes tipos de película en cada lado del VIP. Las mejores películas barrera proporcionarán una barrera de vacío eficaz y minimizarán el efecto de borde.
El material principal
El tercer componente principal de los paneles aislados al vacío es el material del núcleo. Este debe ser lo suficientemente denso como para mantener su forma en el vacío, pero no tan denso como para transferir energía a través del espesor del panel. A lo largo de los años, se han utilizado diversos materiales para el núcleo de los paneles al vacío. Estos materiales incluyen fibras de vidrio, fibras de sílice, espumas, lana mineral y de vidrio, así como polvos, sílice pirogénica o pirogénica y aerogeles de sílice. Los mejores materiales para el núcleo son las estructuras microporosas que no proporcionan una ruta continua para la transferencia de energía de una superficie a otra, interrumpiendo así el flujo de energía. Una estructura microporosa permite que todas las partículas que transferirían energía se eliminen durante el proceso de evacuación. Un buen material para el núcleo también proporcionará una estabilidad dimensional consistente y hermética, y resistirá la presión del nivel de vacío en el panel. La estabilidad dimensional permitirá dimensiones consistentes y un buen ajuste hermético al construir cajas y contenedores de envío con VIP.
El desecante y/o captador
El cuarto componente esencial de los paneles aislados al vacío es un desecante o absorbente. La función de estos componentes es absorber el vapor de agua (desecante) o las partículas gaseosas (absorbente) que aún puedan estar presentes en el panel de vacío, así como las partículas que puedan penetrar en el panel sellado a través de la junta o debido a la permeabilidad de la película de barrera. Existen diversos tipos de materiales utilizados para desecantes y absorbentes, entre ellos el óxido de calcio, la zeolita y el gel de sílice. Los absorbentes pueden diseñarse para los gases específicos que deben absorber.
Conclusión
La elección de los materiales VIP se puede adaptar a cada aplicación. Se ha demostrado que se pueden alcanzar conductividades térmicas de hasta 1.15 mW/mK (R > 95) con la combinación adecuada de material de núcleo de microfibra de vidrio, nivel de vacío, desecantes/captadores y la estructura de la película barrera. Considerar la longevidad, la durabilidad, el nivel de aislamiento y el costo ayudará a determinar qué tipo de VIP es el más adecuado para cada aplicación.
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