Isolamento termico – Panoramica delle classi e delle aree di applicazione

L’isolamento è un argomento chiave nella tecnologia e nell’industria moderne che va ben oltre il semplice mantenimento del calore degli edifici. Che si tratti dell’isolamento elettrico dei motori, dell’isolamento termico delle tubazioni o della protezione contro temperature estreme nei processi industriali, il corretto isolamento è fondamentale per l’efficienza, la sicurezza e la durata dei sistemi e delle attrezzature. Nell’ingegneria elettrica, le classi di materiali isolanti svolgono un ruolo essenziale nel garantire che le macchine elettriche possano funzionare in modo affidabile in condizioni estreme. Cosa sono esattamente i materiali isolanti e come contribuiscono ad aumentare l’efficienza e la sicurezza dei processi industriali? Lo scoprirai nel seguente articolo.

Che cos’è l’isolamento?

Lo scopo dell’isolamento è prevenire o ridurre un flusso indesiderato di energia (elettricità, calore) o sostanze che potrebbero altrimenti causare danni e perdita di funzionamento. Viene fatta una distinzione tra isolamento termico ed elettrico. L’isolamento elettrico si riferisce esclusivamente al flusso di energia elettrica, mentre l’isolamento termico si riferisce al trasferimento di calore o freddo.

Isolamento termico ed elettrico

L’isolamento termico si riferisce all’uso di materiali e sistemi che controllano e riducono al minimo il flusso di calore tra aree diverse. Nelle applicazioni industriali, come nell’ingegneria meccanica, l’isolamento termico è fondamentale per ottimizzare l’efficienza energetica, garantire la stabilità del processo e aumentare la sicurezza operativa. Riducendo le perdite di calore nei sistemi di riscaldamento e raffreddamento, il consumo energetico può essere significativamente ridotto. Inoltre, l’isolamento termico protegge sia il personale che le attrezzature dalle temperature estreme comuni negli ambienti industriali.

Classi termiche secondo DIN 60085

DIN EN 60085 si riferisce alla classificazione termica dei materiali isolanti elettrici e dei sistemi isolanti. Si occupa di isolamento elettrico nel contesto della sua stabilità termica. Lo standard stabilisce come i materiali e i sistemi isolanti utilizzati nelle macchine e nelle attrezzature elettriche sono classificati in termini di temperature operative massime consentite. L’obiettivo è garantire che questi materiali funzionino in modo affidabile sotto stress termico senza perdere le loro proprietà isolanti. Le varie classi di materiali isolanti sono identificate da lettere o numeri, ciascuno dei quali corrisponde a una temperatura di esercizio massima consentita.

Le seguenti classi di materiali isolanti si differenziano come segue:

Le classi di materiale isolante F e H sono comuni per i sistemi isolanti nelle macchine elettriche e nei motori. I sistemi isolanti di questa classe garantiscono che le macchine funzionino in modo affidabile in condizioni difficili e carichi elevati degli ambienti industriali. Ad esempio, un motore progettato per il materiale isolante di classe F può funzionare in sicurezza a una temperatura di esercizio massima di 155 °C, mentre un motore di classe H può sopportare temperature fino a 180 °C.

Sostanze isolanti e materiali isolanti

I materiali per l’isolamento termico vengono utilizzati nelle applicazioni industriali per ridurre al minimo le perdite di calore, aumentare l’efficienza energetica e rendere più sicuri gli ambienti di lavoro. Gli isolatori termici sono utilizzati nel settore in una varietà di applicazioni, tra cui l’isolamento di tubazioni, forni e altre apparecchiature e sistemi che generano o gestiscono temperature elevate.

Grazie alle loro proprietà, alcuni materiali sono particolarmente adatti per l’uso come isolamento. Le gomme e le schiume poliuretaniche possono essere usate in un ampio intervallo di temperatura, sono generalmente limitate a temperature moderate fino a circa 80-100 °C, mentre le gomme di uso generale hanno una resistenza alle temperature molto elevata. La gomma siliconica, ad esempio, è in grado di sopportare temperature superiori a 250 °C.

Pannelli di isolamento come componenti isolanti

I pannelli di isolamento sono componenti sviluppati specificamente per l’isolamento termico. I materiali tipici costituiti da pannelli isolanti sono, ad esempio, polistirene, lana di vetro, schiuma estrusore o poliuretano. Ogni materiale ha caratteristiche speciali, non solo legate alla conducibilità termica, ma anche alla protezione antincendio o alla resistenza all’umidità.

Pannelli di isolamento MISUMI

MISUMI offre una gamma completa di pannelli di isolamento. Sono costituiti da pellicole laminate in fibra di vetro resistente al calore (per il telaio) e materiali compositi ad alta resistenza al calore. Esistono diverse varianti, come una versione standard per l’uso come materiale di costruzione normale per riscaldare presse o distanziatori. Inoltre, esistono anche versioni progettate per resistere a temperature elevate o molto elevate. Queste possono avere un elevato grado di resistenza al calore fino a 1.000 °C. I pannelli di isolamento termico di MISUMI forniscono un isolamento termico superiore per contribuire a migliorare e garantire un ambiente operativo più sicuro.

Istruzioni per l’uso dei pannelli di isolamento

I pannelli di isolamento presentano alcune caratteristiche speciali che devono essere prese in considerazione per un’applicazione di successo, come:

• i pannelli di isolamento termico possono rompersi facilmente. Pertanto, è necessario utilizzare sempre una rondella quando si serra il pannello. Non avvitarla eccessivamente.
• Non appena i pannelli di isolamento si saturano di umidità, possono verificarsi crepe e le prestazioni potrebbero essere ridotte. Pertanto, devono essere conservati e utilizzati solo in un ambiente asciutto.
• A temperature molto elevate possono svilupparsi fumo o odori. Sebbene non siano nocivi per la salute, i pannelli di isolamento devono essere utilizzati solo in ambienti ben ventilati.

Caratteristiche dell’isolamento termico

L’isolamento termico può essere descritto o quantificato utilizzando parametri diversi. Questi parametri forniscono le basi per prendere decisioni quando si seleziona il materiale isolante appropriato per varie applicazioni. Le caratteristiche dell’isolamento termico includono, ad esempio:

• Conducibilità termica: La conducibilità termica è una misura della capacità di un materiale di condurre il calore. Viene misurata in watt per metro per Kelvin (W/m * K). Valori più bassi indicano un migliore isolamento.
• Resistenza termica: La resistenza termica, o anche chiamata valore R, è una misura della resistenza di una sostanza o di un materiale al flusso di calore. È indicata in metri quadrati Kelvin per watt (m²K/W). Maggiore è la resistenza termica, migliore è l’isolamento.
• Coefficiente di trasmissione del calore: Il coefficiente di trasmissione del calore, chiamato anche valore U, indica il flusso di calore attraverso un componente se la temperatura esterna è diversa dalla temperatura interna. Un basso coefficiente di trasmissione del calore indica che il materiale consente a poco calore di passare attraverso ed è un buon isolante.
• Capacità termica specifica: La capacità termica specifica si riferisce alla quantità di calore richiesta per aumentare la temperatura di una particolare massa di un materiale. Questo valore è indicato in joule per chilogrammo e Kelvin (J/kgK). Maggiore è la capacità termica specifica, maggiore è il calore che può essere assorbito dal materiale.
• Comportamento antincendio: Il comportamento antincendio si riferisce alla capacità di un materiale di resistere al fuoco e alle alte temperature. Indica se è infiammabile o emette fumo e tossine in caso di incendio.

Quando si seleziona un materiale isolante idoneo, è necessario valutare attentamente i requisiti specifici di un’applicazione. Quando si pianificano applicazioni di isolamento, le riserve di sicurezza devono sempre essere incluse per affrontare sollecitazioni impreviste o condizioni estreme. Queste riserve garantiscono che il materiale isolante funzioni in modo affidabile anche in condizioni sfavorevoli e soddisfi i requisiti del sistema. È necessario considerare anche l’effetto delle espansioni termiche e la possibilità di guasti dovuti a stress meccanici. L’integrazione delle riserve di sicurezza nella fase di pianificazione aumenta la robustezza del sistema e garantisce che l’isolamento funzioni in modo efficiente e affidabile.

Applicazioni di isolamento termico

L’isolamento termico viene applicato in una varietà di aree. Nell’ingegneria meccanica e nella produzione industriale, l’isolamento termico migliora l’efficienza energetica, ottimizza i processi e aumenta la sicurezza complessiva. Nell’ingegneria meccanica, i pannelli di isolamento migliorano l’efficienza dei sistemi di riscaldamento e raffreddamento riducendo al minimo le perdite di calore e migliorando il controllo della temperatura.

Isolamento termico nelle macchine per stampaggio a iniezione

Le macchine per stampaggio a iniezione vengono utilizzate per la produzione di parti in plastica complesse. Questo processo richiede quantità significative di energia e comporta temperature elevate. Riscaldando il granulato di plastica fino al punto di fusione, la plastica può essere lavorata nella macchina di stampaggio a iniezione. L’isolamento termico viene utilizzato nelle macchine per stampaggio a iniezione per garantire una distribuzione uniforme della temperatura e per evitare che la fusione si raffreddi da una parte. D’altra parte, l’isolamento dovrebbe ridurre al minimo le perdite di calore, aumentare la sicurezza operativa e ridurre il consumo energetico.

Per ulteriori informazioni e suggerimenti sulle impostazioni della macchina per le macchine per stampaggio a iniezione, consultare il Blog Stampaggio a iniezione di materie plastiche - Impostazioni della macchina.

Isolamento dei tubi industriali

Nei processi industriali, i tubi sono isolati, tra le altre cose, per ridurre il trasferimento di calore dei mezzi caldi o freddi nell’ambiente. Ciò non solo aumenta la protezione degli operatori dalle temperature superficiali potenzialmente pericolose dei tubi, ma impedisce anche la formazione di condensa all’esterno delle linee di refrigerazione, che può portare alla corrosione.

Pannelli di isolamento nella lavorazione dei metalli

Nel settore della lavorazione dei metalli, i forni riscaldanti vengono utilizzati per il trattamento termico per modificare le proprietà meccaniche dei metalli attraverso processi come indurimento, rinvenimento e ricottura. L’isolamento termico è particolarmente importante in questo caso. I pannelli di isolamento realizzati in materiali compositi resistenti alle alte temperature riducono la perdita di calore e allo stesso tempo consentono una distribuzione più uniforme della temperatura nel forno. I materiali compositi utilizzati nei pannelli di isolamento per forni sono specificamente progettati per resistere a temperature estreme. I compositi in fibra ceramica, per esempio, sono noti per la loro eccellente resistenza al calore e per la bassa conducibilità termica.