ÍNDICE
Introducción Desarrollo: Definiciones Teo Teorí ría a gene genera rall del del fenó fenóme meno no del del camb cambio io de calor Aislación térmica Aislantes térmicos Evolución de los aislantes térmicos Materiales aislantes Objetivos de los aislantes térmicos Normas
técnicas
que
deben
cumplir
los
materiales aislantes Características de los aislantes Cualidades de los aislantes Clasificación de los aislantes Aplicaciones de los aislantes Aislamiento ecológico Conclusión
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Anexos Bibliografía
INTRODUCCIÓN Desde siempre, el hombre a tenido constancia de los efectos del calor: dilatación, fusión, ebullición, y también las accione acciones s inversa inversas s del frío: frío: retracc retracción ión,, solidi solidific ficaci ación, ón, licuefacción, no habiendo conocido las leyes hasta una época reciente. Desde entonces, también a tratado de aprovechar en un máximo, ya sea el calor o el frío dependiendo de su conve convenie nienci ncia. a. Entonc Entonces es ha idea ideado do dife difere rente ntes s técni técnica cas s para la aislación de éstos, que no permiten en un gran porc porcen enta taje je el inte interc rcam ambi bio o de temp temper erat atur ura a entr entre e dos dos ambientes. En este este info inform rme e gene genera rali liza zare remo mos s los los tipo tipos s de aislamientos más usados en los diferentes medios. Los materiales aislantes tienen como fin, un propósito ecol ecológ ógic ico o ya que que los los mism mismos os son son los los que que impi impide den n la calentamiento de un material, y de igual forma hacen que la durabilidad de los materiales sea más prolongada.
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Anexos Bibliografía
INTRODUCCIÓN Desde siempre, el hombre a tenido constancia de los efectos del calor: dilatación, fusión, ebullición, y también las accione acciones s inversa inversas s del frío: frío: retracc retracción ión,, solidi solidific ficaci ación, ón, licuefacción, no habiendo conocido las leyes hasta una época reciente. Desde entonces, también a tratado de aprovechar en un máximo, ya sea el calor o el frío dependiendo de su conve convenie nienci ncia. a. Entonc Entonces es ha idea ideado do dife difere rente ntes s técni técnica cas s para la aislación de éstos, que no permiten en un gran porc porcen enta taje je el inte interc rcam ambi bio o de temp temper erat atur ura a entr entre e dos dos ambientes. En este este info inform rme e gene genera rali liza zare remo mos s los los tipo tipos s de aislamientos más usados en los diferentes medios. Los materiales aislantes tienen como fin, un propósito ecol ecológ ógic ico o ya que que los los mism mismos os son son los los que que impi impide den n la calentamiento de un material, y de igual forma hacen que la durabilidad de los materiales sea más prolongada.
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AISLADORES TÉRMICOS Definiciones: Los Los conce concept ptos os más más impo importa rtante ntes s a cons consid ider erar ar en el aislamiento térmico son:
•
Conducción Térmica: Térmica: Tran Transm smis isió ión n de calo calorr desde una masa de temp temper eratu atura ra más más elev elevad ada a a otra otra de temp temper erat atura ura infe inferi rio or por conta ontact cto o dire direc cto. to. El coe coefici ficie ente nte de cond conduc ucci ción ón de un mate materi rial al mide mide la capa capaci cida dad d del del mismo para conducir el calor a través de la masa del mismo.
•
Convección Térmica: Térmica:
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Transmisión de calor efectuada en forma natural o por medios mecánicos, mediante corrientes de aire o por uso de líquidos producidos por las diferencias de densidad. La convección se realiza por medio de un fluido (agua, aire u otro) transportando calor de una zona a otra de diferente temperatura. En la convección el calor pasa a través de un fluido que al calentarse aumenta su volumen y al mismo tiempo disminuye su densidad y asciende desplazando el fluido que se encuentra en la parte superior y que está a menor temperatura. De manera tal
que
se
produce
el
transporte
de
mayor
temperatura a través de corrientes ascendentes y descendentes del fluido.
•
Radiación Térmica: Transmisión de energía calórica emitida por un cuerpo o materia mediante ondas y que es absorbida por otro cuerpo.
•
Conductividad Térmica:
4
Cantidad de calor que se transmite a través de la unidad de espesor de un material, cuando la diferencia de temperatura entre ambas caras es de 1ºC.
•
Conductancia Térmica: Determina la transmisión térmica de una capa de material de un espesor d en metros. El coeficiente de conductancia térmica indica la cantidad de calor que fluye cada hora por 1 m 2 de material dada una diferencia de temperatura de 1ºC entre las dos superficies. Unidad: W/m 2.K
•
Transmisión de Calor: Determina el paso de calor a través de un elemento
constructivo
teniendo
en
cuenta
la conductancia térmica y la transmisión superficial de calor (p. ej. entre el aire interior y el exterior)
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Teoría general del fenómeno del cambio de calor Entre dos cuerpos con temperatura diferentes, inevitablemente se produce un flujo calorífico, el calor se
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desplaza del cuerpo caliente al cuerpo frío hasta que se produce el equilibrio de temperatura. Ningún medio impide el cambio de calor. Sólo puede modificarse su intensidad. El cambio de calor se produce de tres formas diferentes: a. Por conducción El calor se propaga a través de todos los cuerpos sólidos o líquidos de molécula a molécula, suponiendo que estas últimas están inmóviles. En los gases (Teoría Cinética), los cambios de energía se producen por los choques entre las moléculas animadas por velocidades diferentes. Ej.: Si se coloca el extremo de una barra de hierro en un fuego, al cabo de unos instantes se calienta el otro extremo, obligándonos a quitar las manos.
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b. Por convección Estas formas de propagación es propia de los fluidos (gases o líquidos), las moléculas que están directamente en contacto con un cuerpo de temperatura más alta "A" se calientan y tienden a desplazarse por gravedad. La restitución de las calorías absorbidas al ponerse en contacto con cuerpos de temperatura inferior "B", origina la creación de un ciclo de convección que acelera los cambios térmicos entre A y B. Ej.: El radiador de calefacción central eleva la temperatura de las moléculas de aire que se vuelven más ligeras y suben hacia el techo, siendo inmediatamente reemplazadas por otras que se han enfriado al contacto con las paredes u objetos que han encontrados en su recorrido. c. Por radiación La transmisión de calor por radiación se produce aun para las bajas temperaturas siempre que dos cuerpos de temperatura diferente estén en presencia del otro,
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estando separado por un medio permeable a la radiación. El calor se transforma en energía radiante, atraviesa el medio permeable y alcanza al otro cuerpo. Una parte de la energía se transforma en calor y es absorbida por este segundo cuerpo. El resto de la energía se refleja bajo la forma de calor radiante. El transporte de calor por radiación no necesita soporte material alguno: se produce, igualmente, en el vacío. Ej.: La tierra es calentada por el sol por radiación. Generalmente, estos tres casos posibles se producen simultáneamente. La conducción pura tiene lugar únicamente en los cuerpos sólidos, y no siempre es cierto que sea sólo conducción. Así se asimilan los cambios de calor en los materiales de construcción. De hecho, se trata de cuerpos porosos. En estos poros, rellenos de aire, existen radiación y convección. Muchas veces
es
imposible
disociar
estas
tres
formas
de
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transmisión y es por eso se simplifica agrupando el conjunto de fenómenos bajo el nombre de conducción.
Aislación térmica: El objetivo de una aislación térmica es impedir en alguna medida la transferencia de calor desde o hacia el cuerpo aislado. 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. El aire encerrado en los poros queda casi quieto en los materiales con poros cerrados (como Poliuretano y poliestireno expandido) o con muy poca movilidad en aislantes con poros abiertos (por ej.: Lana Mineral y Lana de vidrio). Por esta razón el coeficiente de conductividad térmica será en general, tanto más pequeño como sea su masa por unidad de volumen (Densidad).
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Sin embargo, existe una masa por unidad de volumen determinada para cada material de aislación térmica poroso, que por debajo de ella aumentará nuevamente la conductividad térmica. Esto se debe a que los poros son lo suficientemente grandes para permitir en su interior, una transferencia de calor por convección natural.
Aislantes térmicos: Son aquellos materiales, generalmente heterogéneos, con muchas interfaces, sobre todo a base de aire o de huecos vacíos. Ellos se caracterizan por su propiedad de impedir la transmisión del calor y por su alta resistividad térmica. Se utilizan como aislamiento térmico: materiales porosos o fibrosos, capaces de inmovilizar el aire seco y confinarlo en el interior de celdillas más o menos cerradas. Para que un material sea considerado aislante térmico debe cumplir unas características de densidad, bajas propiedades
de
transferencia
de
calor,
máximas
temperaturas de uso, ser resistentes al fuego y estar regulados como aislantes para construcción.
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La evolución de los aislantes térmicos: El calor es la transferencia de energía de un cuerpo a otro que poseen temperaturas diferentes, estos es algo que ha existido desde la creación del planeta; cabe acotar que el fuego como generador de calor fue descubierto en la era de piedra, esto hizo al ser humano crear protección para los accidentes con el fuego, de ahí se crearon aislantes
que eviten que sean transferidas las altas
temperaturas. Desde la época de piedra inventado diversos tipos de
a la actualidad se han
aislantes, pasando por la
época medieval donde se utilizaba la arcilla como molde y aislante para la construcción de herramientas de guerra. A medida que ha evolucionado la vida humana, ha evolucionado el ingenio de los mismo, es por ello que la construcción de muchos elementos de trabajo son a base de altas temperaturas, y por ello el ser humano ha inventado medios de protección para sí mismo, siendo los aislantes la solución, ya sea la hora de construir casa, en este caso los ladrillos que son a base de arcilla que es un perfecto aislante térmico para brindar a los habitantes de
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las
viviendas
frescura
y
confort;
aparatos
electrodomésticos donde su circuitería poseen aislantes como cerámica, aluminio, siendo ellos quienes absorben el calor para que no sea transmitido a otras partes del circuito;
y
realizar
incluso
actividades
tales
como
conexiones eléctricas donde existen distintos cables que generalmente son de aluminio, bronce, y son utilizados para la transferencia de corriente, donde los mismo deben resistir altas temperaturas generadas por las potencias suministradas.
Materiales aislantes: Bajo el nombre de materiales aislantes se agrupan productos que cumplen muchas funciones, cuya principal característica física es su baja conductividad térmica. Están caracterizados por un coeficiente de conductividad (LANDA) lo más bajo posible.
Objetivos de los aislantes térmicos: •
Minimizar las pérdidas de energía por transferencia de calor hacia o desde el ambiente
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•
Proteger el ambiente
•
Reducción de las pérdidas energéticas
•
Reducción de la contaminación ambiental
•
El CO2 y el Efecto Invernadero
•
El SO2 y la Lluvia Acida
Normas técnicas que deben cumplir los materiales aislantes: Todo material aislante debe cumplir ciertos requisitos mínimos para ser considerado como tal, los cuales deben ceñirse a normas técnicas de evaluación elaboradas por entidades especializadas. Estos requisitos están dirigidos a obtener información acerca de lo siguiente:
•
Características dimensionales.
•
Densidad.
•
Propiedades de transferencia de calor
•
Máximas temperaturas de uso.
•
Análisis químicos.
•
Resistencia al fuego.
•
Absorción de agua, entre otros.
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Características de los aislantes térmicos El papel esencial de un material aislante, evidentemente, es cumplir su función. Un aislante térmico deberá ofrecer una buena resistencia a la transmisión del calor. 1. Baja conductividad calorífica. (Ej.: materiales con burbujas de aire) 2. Ligero, no recargar el peso de las instalaciones
3. Incombustible e imputrefactivo 4. Que no sea atacado por roedores o insectos y que no crie bichos 5. Inerte 6. Fácil de colocar
Cualidades de los aislantes térmicos
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Independientemente de sus propiedades específicas, los aislantes poseen cualidades complementarias. Las principales de estas cualidades son:
•
Precio en relación con el servicio que presta.
•
Flexibilidad o rigidez según la estructura portante.
•
Ausencia de propiedades corrosivas para los materiales con los que el aislante está en contacto.
•
Estabilidad física y química: ausencia de dilatación excesiva al calor, resistencia a diversos agentes de destrucción: humedad u oxidación.
•
Buena resistencia mecánica.
•
Estética si el producto queda visto.
•
Incombustibilidad o por lo menos ausencia de inflamabilidad.
Cada clase de aislante, a menudo, se presta con un gran
número
de variedades
o
también
de
masas
específicas.
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Con frecuencia, resulta difícil la elección entre los diferentes aislantes.
Clasificación de los aislantes: Los aislantes pueden clasificar de muchas formas:
•
Según su estructura: granular, fibrosa, alveolar, entre otros.
•
Según su origen: vegetal, mineral, entre otros.
•
Según su resistencia en las diferentes zonas de temperatura.
Según su estructura: Materiales fibrosos 1. Fibras Minerales Los procesos de fibrilado del vidrio permiten obtener un producto que no tiene partícula alguna que no sea fibra.
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Para características térmicas, los productos de lana de vidrio son aproximadamente dos veces más ligeros que los de lana de roca. Como ventaja de fibra de roca, anotemos una mayor resistencia a la temperatura (650ºC contra 500ºC para el vidrio) debida a una composición más rica en calcio y menos
rica
en
sodio
que
la
vidrio
utilizada
corrientemente. Las fibras minerales son
imputrescibles y
químicamente neutras. Generalmente son incombustibles. Sólo los productos que tienen un alto porcentaje de resinas son clasificados como combustibles. De todos los aislantes, las fibras minerales son las únicas que pueden ser utilizadas con éxito en todos los campos relativos a la edificación, aislamiento térmico, aislamiento acústico para los ruidos aéreos y de impacto o vibraciones, y finalmente en corrección acústica. Por todo esto, están situadas en la cabeza de la producción de aislantes.
Se agrupan normalmente:
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a)
La fibra de amianto: La fibra de amianto es una fibra natural que se encuentra en la naturaleza. El amianto, conocido desde la antigüedad, es una fibra mineral natural obtenida por trituración de una roca eruptiva cristalizada. Existen tres variedades: El amianto blanco o "crisolito" El amianto azul o "crocidolita" La "amocita", que agrupa el amianto azul y amarillo, es la variedad empleada en aislamiento
b)
La fibra o lana de vidrio. La lana de vidrio necesita la fusión
de
una
composición
vítrea
particular,
especialmente adaptada al problema del fibrilado. Los componentes de esta mezcla son elegidos y dosificados para la obtención de características adaptadas al uso del vidrio. Las dos cualidades esenciales del vidrio aislante son: fluidez suficiente para la temperatura de
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fibrilado y alta resistencia al ataque por los agentes atmosféricos, en particular la humedad. En efecto, a causa de su finura, las fibras ofrecen, con
relación
considerable
a para
su el
volumen, ataque
una por
los
superficie agentes
exteriores.
c)
La fibra o lana de roca: La lana de roca se elabora, con frecuencia a partir de escoria de altos hornos. En el momento de la fusión de la escoria se añaden rocas seleccionadas, con el fin de obtener ciertas cualidades en el producto final.
2. Fibras Vegetales
a.
Fibra de Madera: La madera utilizada no tiene, por su naturaleza o por su forma, valor constructivo: son desechos de aserrado, costeros y madera de monte bajo. Los tableros de fibras de madera son combustibles y generalmente resisten mal la presencia de humedad (hinchamientos). Ciertas
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atmósferas ácidas pueden favorecer el desarrollo de hongo. Los tableros, generalmente, tienen grandes dimensiones. Los espesores varían de 10 a 20 mm. La masa específica es del orden de 250 kg/mt³. Existe una variedad de tableros aislantes que reciben una impregnación de asfalto. El aislante asfáltico ofrece una mejor resistencia a la humedad y se beneficia de un tratamiento contra la podredumbre y los hongos. Los tableros de fibras de maderas, igual que los llamados aislantes, son utilizados sobre todo en la construcción y la decoración como revestimiento interno de muros y techos. El tablero asfáltico se utiliza en aislamiento de suelos contra los ruidos de impacto.
b.
Fibra de Lino: Se utilizan las partes leñosas de las plantas que son reducidas a pequeñas láminas, llamadas anas.
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Estas últimas, compuestas por celulosas casi puras
de
gran
estabilidad
química,
son
aglomeradas con resinas termoendurecibles. Igualmente sucede con la resistencia a la humedad, aunque esta última queda en valores medios. Según su origen: Aislantes Minerales y Vegetales
a.
Corcho: Suele elegirse por mecánica
a
la
su alta resistencia
compresión,
posibilitando
su
utilización en lugares como techos, suelos y terrazas.
b.
Vidrio Celular: El vidrio celular está constituido por células cerradas, estancas al agua y al vapor de agua, separadas entre sí por paredes de vidrio. Esencialmente se elabora a partir de una composición
vítrea
mezclada
con
productos
auxiliares complementarios, que dan al producto final unas buenas cualidades de resistencia al ataque
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por los agentes atmosféricos y de uniformidad ante las temperaturas y los esfuerzos mecánicos. Espumas plásticas aislantes:
a.
Espumas de Poliuretano: es un material sintético de muy baja conductividad térmica, que permite mayor aislamiento con menor espesor. Con este material, obtenemos la misma aislación con 1”, que la que obtendríamos con lana de vidrio de 2” o con poliestireno expandido de 1,5”. Los materiales que intervienen en la obtención de la espuma son más caros que otros aislantes, pero se ahorra en el espesor y, por otro lado, el proceso de aplicación es rígido y seguro en cuanto a los resultados finales. Se aplica “in situ”, es fácil de cortar y modelar.
b.
Espumas de Poliestireno: El poliestireno, es una de las más antiguas resinas termoplásticas. Es un derivado del benceno que proviene de la destilación de la hulla o del petróleo.
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c.
Espumas Fenólicas: La masa específica varía entre 30 y 400 kg/m³ según el porcentaje del agente de hinchamiento. La estructura tiene un 60 % aproximadamente de células abiertas, de aquí su falta de resistencia a la humedad. Las espumas de resinas Fenólicas, naturalmente son poco combustibles; se mejora esta propiedad con la incorporación de aditivos. Resisten muy bien las bajas temperaturas y su campo de empleo cubre una gama de temperaturas de -200 a +130 ºC.
d.
Espumas de cloruro de Vinilo: Los límites de temperatura son: por debajo de -25ºC, las espumas sufren un envejecimiento acelerado. Las espumas de cloruro de polivinilo tienen el grave defecto de envejecer al cabo de algunos años de servicio, tienen tendencia a deformarse y a presentar una contracción importante.
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Este fenómeno de envejecimiento se acelera fuertemente por el calentamiento solar.
e.
Espumas de Poliéster: Los poliésteres son conocidos, sobre todo, bajo la forma de estratificados armados con
fibras:
pequeñas
techos
de
embarcaciones
automóviles, y
sobre
cascos todo
de
placas
onduladas para cubiertas.
Aplicaciones de los aislantes térmicos En la rehabilitación de viviendas estos aislantes térmicos naturales se aplican en cavidades de todo tipo: cámaras, buhardillas, aislamiento
de trasdosados
y
tabiques de yeso laminado, falsos techos, escayola, entre otros. En obra nueva la celulosa se puede proyectar sobre tabiques y forjados en húmedo. El cáñamo y la lana de oveja se utilizan mucho en conjunto con estructuras de madera. El corcho tiene la ventaja de ser muy fino y con un acabado final agradable, pudiendo colocarse en zonas que dispongan de poco espacio.
•
Planchas de aluminio.
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•
Planchas de acero galvanizado.
•
Planchas de acero Inoxidable.
Una de las principales fuentes de pérdida de calor es la que viene representada por las tuberías de la instalación de calefacción que alimentan los radiadores. Procedentes del lugar en donde está emplazada la caldera, casi todos estos tubos discurren por muchos lugares en donde son menos visibles (sótanos, garajes, altillos, escaleras, trasteros, etc.), que no son calentados o bien que se hallan frecuentemente en contacto con el aire libre y pierden, en consecuencia, mucho calor antes de que penetren en las distintas habitaciones.
Aislamiento térmico ecológico En estos momentos, en el mercado, ya es posible encontrar materiales aislantes térmicos que cumplan con el distintivo de “ecológico”. El aislamiento térmico ecológico
aparece
como
alternativa
verde
a
los aislamientos térmicos tradicionales de origen químico, que se aplican para obtener una temperatura agradable, sin desperdiciar energía. Detrás de esta etiqueta verde se
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esconden unos datos técnicos que son muy interesantes de comparar, y que nos explican si es eficiente esta nueva familia de aislamientos ecológicos. La principal característica técnica que va a definir la calidad térmico,
y
comportamiento de cualquier incluso
el
aislamiento
aislamiento
ecológico
es
la
transmitancia térmica. El aislamiento ecológico a base de fibras de madera marca una transmitancia térmica en torno a los 0,039 W/ (m*K). El aislamiento ecológico a base de fibra de lino marca una transmitancia térmica en torno a 0,040W/ (m*K).El aislamiento ecológico consistente en celulosa en placas marca la t transmitancia térmica de 0,039 W/ (m*K). La nueva gama de aislamientos ecológicos cumplen su función con buena nota pero sin sobresalientes
si los
comparamos con aislamientos químicos. La principal ventaja de los ecológicos
es que son aislamientos con
materiales naturales, a un buen precio muy competitivo. Aislamiento de corcho aglomerado natural: Son placas de corcho natural, 100% ecológico, un gran aislante
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térmico y acústico, se utiliza en techos, suelos, paredes, cámaras frigoríficas, entre otros.
CONCLUSIÓN Con el pasar del tiempo se han realizado estudios con el fin de hallar un mayor rendimiento a los dispositivos electrónicos, objetos mecánicos, y otros trabajos que generen calor, ya que debido a la generación y la transferencia de calor de un material a otro o desde el mismo esto hace que los materiales tengan menor durabilidad. Actualmente existen diversos tipos de aislantes térmicos los cuales se caracterizan por hacer que el calor
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se disipe, estos aislantes térmicos van a variar según su temperatura y según la utilización que se le vayan a dar. En el campo ecológico estos materiales aislantes son muy útiles ya que cumplen con la finalidad de preservar el ambiente. Actualmente muchos de estos materiales son hechos con material reciclado, y de igual manera cumplen con el mismo objetivo. La reducción de las pérdidas energéticas es una de los aspectos mas importantes ya que esa energía que se esta ahorrando se utiliza para el mismo objeto y con el fin de obtener un mejor funcionamiento y así también tienen la característica de no ser un material con mucho peso, ya que son materiales con poco o de gran volumen.
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ANEXOS
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Aislante flexible de polietileno
Lana de roca
Lana
Aislante térmico BIBLIOGRAFIA Fuentes bíblicas:
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