03-Isolantes_Termicos

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Prof. Osvaldo J. Venturini – UEM/UNIFEI
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• Baixa condutividade térmica
• Ser Imputrescível;
• Baixa absorção de umidade (baixa permeabilidade);
• Adequada resistência à difusão de vapor de água;
• Baixa densidade (para não sobrecarregar o do sistema);
• Não atacar nem ser atacado pelos produtos a serem conservados;
• Não possuir ou fixar cheiro;
• Não ser atacado por insetos ou roedores;
• Resistência a deformações causadas por diferenças de temperatura;
• Alta resistência mecânica a trepidações;
• Baixo custo operacional (R$/TR.h) e de instalação (R$)
• Não ser inflamável;
Isolantes Térmicos – Características desejáveis:
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• Qquer. material que, interposto entre
dois “ambientes” a temperaturas
diferentes, retarda de maneira apreciável
a transferência de calor do “ambiente”
mais “quente” para o mais “frio”.
• Desprezando-se a transf. de calor por
radiação, o isolante perfeito é o vácuo.
• Isolantes térmicos são materiais
formados por uma infinidade de células
ocas, cheias de ar ou outro gás (com
peso molecular elevado).
Isolantes Térmicos
 mcnk
n: nº de partículas por unidade de volume
cm: velocidade média da molécula/partícula
: percurso médio livre
T   cm  & Mg   cm 
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Cortiça:
• Foi o material mais utilizado na construção de câmaras frias, produzido a partir
da casca do sobreiro (região mediterrânea).
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Espuma rígida de vidro (vidro celular expandido):
• Obtida pela expansão a quente do vidro quimicamente puro (até cerca de 15
vezes o seu volume).
• Constituído por células estanques com as seguintes características:
• Excepcional resistência a cargas de compressão (7,5 kgf/cm2);
• Impermeabilidade absoluta à água e ao vapor
• Estável nas suas dimensões (para temperaturas de -246 a 430 °C)
• Incombustível.
• Forma de “tijolos” para a construção de paredes e teto
Resinas Fenólicas (baquelite)
• Obtidas pela reação de uma resina parcialmente polimerizada, um agente de
expansão e um ácido mineral.
• Espuma rígida de estrutura celular estanque e com bom isolamento.
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Poliuretano Expandido
• Reação química entre 2 componentes líquidos: isocianato e polihidróxido.
• Há desprendimento de CO2 em uma reação química secundária
• As suas características principais são:
• Substituição do ar das células por um gás de peso molecular elevado
• Condutividade térmica baixa;
• Possibilidade de ser expandido no local de emprego;
• Suportam temperaturas superficiais elevadas;
• Resistem ao mofo e ao ataque de diversos parasitas.
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Espuma Rígida de Poliuretano
• Apresentam uma proporção relativamente alta de
células fechadas, o que melhora ainda mais a sua
característica isolante
• Existem técnicas para fabricação de espumas cujas
células são todas fechadas, praticamente estanques à
água, vapores e gases.
Poliestireno Expandido
• Polímero do estireno, ao qual se adiciona, durante a polimerização, um agente
expansor.
• Material com estrutura celular muito fina: +350.000 células/cm3, tendo as células de
0,1 a 0,01 mm de diâmetro.
• Mais de 97% do volume deste corpo é constituído de ar.
• Tipos de poliestireno:
• Styropor P: isolantes, embalagens, etc...
• Styropor F: não inflamável,
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Poliestireno Expandido
Placa com encaixe Painel
Calha Calha
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Espuma Elastomérica
• O uso de espumas elastoméricas resulta em tubulações perfeitamente isolados,
de maneira rápida e limpa.
Lã de PET
• É um isolante térmico e acústico ecologicamente, proveniente de matéria-prima
reciclada, 100% reciclável e comercializada
• Maior utilização em ar condicionado (telhado, dutos, etc..)
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Condutividade Térmica de Alguns Materiais
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• A espessura do isolamento é calculada a partir da
expressão da resistência térmica
• Desprezando a resistência térmica das paredes
(alvenaria) e devido à convecção ar/parede, tem-se:
• Indicativo: 5 cm p/ cada 10 °C de diferença de temperatura 
Espessura do Isolante
Deve-se calcular!!I
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• A escolha do fluxo de calor para um dado projeto depende da relação entre os custos
operacionais e iniciais.
• Custos iniciais => aquisição do material isolante
• Custos operacionais => consumo de energia e manutenção
• Aumentando-se a espessura do isolante:
• aumentam os custos iniciais
• diminuem os custos operacionais
Isolamento excelente: 8,0 kcal/h.m2
Isolamento bom: 10,0 kcal/h.m2
Isolamento aceitável: 12,0 kcal/h.m2
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Correção da Temperatura Externa
Temperatura Externa => NBR6401
Coeficientes de Convecção
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Difusão de Vapor
• Todos os materiais isolantes usados em refrigeração são submetidos a um
umedecimento contínuo
• Em média, para cada 1% de concentração em massa de umidade no isolante sua
condutividade térmica aumenta de 1 a 3%.
• A pressão de vapor do ar externamente à câmara é maior do que a pressão de vapor
internamente, logo haverá migração do vapor de fora para dentro (no sentido das
pressões decrescentes)
• A tendência à difusão de vapor é dada pela permeabilidade (δ):
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Isolamento Sem 
Barreira de Vapor
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Condensação em Estrutura 
Sem Barreira de Vapor
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Barreira de Vapor 
Deficiente
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mv massa de vapor difundida através do isolante por unidade de tempo
L espessura do isolante
 permeabilidade
A área do isolante na direção normal àquela da difusão do vapor
∆Pv diferença de pressão de vapor entre as duas faces do isolante
Resistência à difusão do vapor
2T0000098,0T005627,01
T08382,050038,1
)P(


ln
Pressão de saturação do vapor de água:
T oC (validade: -50 ºC<T <50 ºC)
P mmHg
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• Relação entre a permeabilidade ao vapor de água do ar e do material, como
mostra a equação abaixo.
• Permeabilidade do ar (23 °C e 1,0 atm): δar =0,0933 [g.m/m2.h.mmHg]
Fator de Resistência à Difusão do Vapor (µ)
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Fator de Resistência à Difusão do Vapor (µ)
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• A difusão de vapor d’água pode ser atenuada ou eliminada pela utilização de
uma capa hermética do lado mais quente (ou próxima deste)
• Uma barreira de vapor pode ser realizada de várias maneiras:
• Emulsão de asfalto mantido em suspensão na água por meio de materiais
coloidais (hidroasfalto);
• Feltro ou papelão asfaltado;
• Feltro asfaltado revestido por uma folha de alumínio;
• Folhas de alumínio coladas sobre uma tela plastificada e recobertas por um
revestimento plástico de proteção;
• Filme termoplástico
Barreira de Vapor
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Asfalto elastomérico
Manta asfáltica
Manta com alumínio
Manta termoplástico
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• No encontro entre o piso da câmara e antecâmara, deve existir espaço para dilatação
• A soleira das portas de acesso a câmara pode ser metálica (bordas em cantoneiras e interior em
concreto), preferencialmente com resistências elétricas, afim de impedir o congelamento na abertura;
Soleiradeteriorada Soleira deteriorada 
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Ventilação natural
Ventilação forçada
Aquecimento elétrico
Circulação de glicol
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piso deteriorado 
Junção parede/teto deteriorada
Rachaduras e 
infiltração no piso
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• Os conceitos cálculo de espessura de isolante, fluxo de calor e fluxo de vapor
apresentados para superfícies planas podem ser aplicados para superfícies
cilíndricas (ex.: isolamento de tubos, vasos de pressão, tanques...)
• Para este caso a resistência térmica será dada por:
O CASO DE SUPERFÍCIES CILÍNDRICAS
T
IE
T R
TT
R
T
Q




Iot
o1
i
12
E2
T .L.r..2
1
L.k..2
)r/rln(
L.k..2
)r/rln(
.L.r..2
1
R








• A mesma analogia também se aplica ao fluxo de vapor, usando-se, obviamente
as permeabilidades.
Se TI > TE, Q fica negativo,
mas ainda está de acordo com
a convenção de sinais utilizada
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• E Coeficiente de convecção livre do ar = 15 kcal/m2h.ºC (aprox.)
• L comprimento do tudo (se for calcular de forma unitária, use L =1,0 m)
• ki condutividade térmica do isolante
• r2 raio externo da camada de isolante
• r1 raio interno da camada de isolante (= externo do tubo)
• r0 raio interno do tubo (r1 – r0 = espessura do tubo)
• I Coeficiente de convecção interno (fluido‐tubo), que depende do regime de
escoamento (Re/Pr/Nu, etc..)
Como aproximação, pode se considerar que a parede interna do tubo está numa
temperatura muito próxima (ou igual) à temperatura do fluido.
Neste caso, o último termo da RT é igual a zero, i. e.:
Iot
o1
i
12
E2
T .L.r..2
1
L.k..2
)r/rln(
L.k..2
)r/rln(
.L.r..2
1
R








O CASO DE SUPERFÍCIES CILÍNDRICAS
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O CASO DE SUPERFÍCIES CILÍNDRICAS
E E A
2
Q
(T T )
2 r L
  


conv
E A
T
T T
Q
R


conVT
2 E
1
R
2 r L

 
2
Q Q
A 2 r L


 
tub isol
A I
T
Q T T
A R




tub isol
1 o2 1
T
i t
ln(r / r )ln(r / r )
R
2. .k .L 2. .k .L
 
 
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O CASO DE SUPERFÍCIES CILÍNDRICAS
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