Los aislantes térmicos sirven para reducir el flujo de calor que se transmite por unidad de área entre dos medios, o para incrementar el gradiente de temperatura necesario para que dicho flujo se produzca.
Los aislantes térmicos usados en el entorno extremo (vacío) pueden ser conductivos y radioactivos; los primeros impiden la transmisión de calor por conducción y los segundos por radiación. Los conductivos, además, tienen una misión estructural, teniendo que transmitir y soportar cargas, mientras que los radioactivos no. Tanto los aislantes conductivos como los radioactivos pueden ser monocapa o multicapa, pero los verdaderamente importantes y ampliamente utilizados son los radioactivos multicapa, que se aplican recubriendo las superficies, especialmente las exteriores, por lo que son también los más visibles.
Se utiliza normalmente el término "manta térmica" ("thermal blanket") para referirse a aislamientos flexibles radioactivos multicapa que son y se adaptan a la forma de la superficie que protegen. Son usados frecuentemente para recubrir la carga útil de los satélites y ciertos dispositivos como los sensores, telescopios o elementos criogénicos. En todos los casos el aislante evitará que los equipos se calienten por la radiación que les llega desde el exterior a la vez que impedirá la pérdida, también por radiación, del calor generado en su interior. En el equipo protegido se utilizarán, si es necesario, otros métodos de control térmico adicionales.
Las mantas térmicas más frecuentemente utilizadas son las denominadas MLI ("MultiLayer Insulator"). Están formadas por múltiples capas de ciertos materiales, habitualmente plásticos como el poliéster o la poliamida, recubiertos por uno o ambos lados con finísimas películas de metal, normalmente aluminio o plata. El metal, por su baja emisividad infrarroja, limita la capacidad de emisión y con ello la propagación de la radiación. Las capas son muy delgadas, tanto como permita el diseño, por razones de grosor y peso y están separadas por materiales de muy baja conductividad térmica, para que el calor sólo se propague por radiación entre las capas y no por conducción. Normalmente se utiliza una fina malla de tejido de poliéster como separador entre capas. Además, la presión atmosférica entre capas tiene que ser inferior a 10-5 Torr para que no haya conducción a través del aire entre las capas metalizadas. Los materiales de un envoltorio típico en los MLIs son el Mylar, el Kapton o el Teflón.
Si la capa externa de un MLI está constituida por un plástico recubierto de metal se conseguirá un efecto reflectante sobre la radiación externa incidente. Pero puede haber otros diseños como, por ejemplo, una capa externa de Kapton, consiguiéndose en cada caso un diferente valor de la temperatura de equilibrio de dicha capa y, en consecuencia, de la temperatura interna o del flujo a través del MLI.
Una manta térmica MLI puede ser diseñada de múltiples formas y con una gran diversidad de materiales, existiendo multitud de modelos que permiten simular la propagación del calor a través de las diferentes capas (entre 10 y 14) para conseguir un diseño óptimo según el resultado que se pretenda conseguir.
La capa externa del MLI a veces se refuerza con una malla de fibra de vidrio llamada "scrim" que da consistencia a la manta térmica y la protege, y con ello a todo el sistema, de pequeños impactos de partículas.
En un MLI la separación entre capas está llena de aire cuando se construye en Tierra. Para conseguir el nivel de vacío que asegura su correcto funcionamiento en el entorno espacial, el aire tiene que ser expulsado a medida que asciende el cohete que llevará el sistema a su destino. Para expulsar el aire se practican unos orificios que, igual que ocurre con las costuras, también reducen la eficacia del MLI. Sin embargo, aunque el comportamiento de las mantas térmicas MLI no es el ideal, proporcionan muy buenos resultados y su uso está difundiéndose.
JOSÉ EDUARDO FLORES ORTEGA
lrivera@utvm.edu.mx