Isopor: Propriedades e Aplicações

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CENTRO UNIVERSITÁRIO DE RIO PRETO - UNIDADE III 
 
 
 
 
 
LEONARDO CARVALHO BOAVENTURA 20214747 
MARIA EDUARDA BRIGATTI FETTI 20221106 
TAYSA BEATRIZ SANDALO 20221477 
 
 
 
 
 
 
Análise Termodinâmica de Materiais de Construção 
Material em análise: ISOPOR 
 
 
 
 
 
 
 
São José do Rio Preto 
2023 
Este trabalho tem como objetivo explorar os dados históricos, as características e 
aplicações do isopor, ademais suas propriedades termodinâmicas, destacando sua 
importância na engenharia civil. Além disso, serão abordados estudos referentes a este 
material. 
Ao compreendermos mais profundamente sobre o isopor e suas diversas 
particularidades, seremos capazes de apreciar melhor como esse material se tornou 
essencial em diversos setores, moldando o mundo em que vivemos. 
 
Histórico 
 
O isopor, ou poliestireno expandido (EPS), remonta ao início do século XX. O 
poliestireno, a matéria-prima básica do isopor, foi descoberto em 1839 pelo químico 
alemão Eduard Simon, no entanto, o desenvolvimento do processo de expansão que 
deu origem ao isopor ocorreu mais tarde, na década de 1930. Em 1931, o químico 
alemão Fritz Stastny descobriu uma forma de expandir o poliestireno, dando origem ao 
isopor como o conhecemos hoje. 
Mas, a história do Isopor começa mesmo em 1941, quando foi patenteado pela 
empresa alemã BASF, pensado para atuar como isolante térmico. Durante a Segunda 
Guerra Mundial, o Isopor encontrou sua primeira aplicação significativa como 
revestimento em coletes salva-vidas, devido à sua flutuabilidade e capacidade de 
manter o calor. 
O poliestireno expandido, conhecido como EPS só foi desenvolvido e patenteado 
mesmo em 1951 pela própria BASF e recebeu o nome de Styropor, sendo um dos 
materiais mais versáteis e econômicos para suas diversas aplicações. Mas anos 
depois, a Dow Chemical Company, uma empresa química americana, foi a primeira a 
patentear comercialmente a produção do poliestireno expandido em 1954. A partir 
desse ponto, o isopor começou a ser utilizado em larga escala, inicialmente na indústria 
de embalagens devido às suas propriedades de isolamento térmico e resistência ao 
impacto. 
A popularidade do isopor continuou a crescer nas décadas seguintes, e suas 
aplicações se expandiram para diversos setores. 
Atualmente, o isopor ou poliestireno expandido (EPS), continua a ser amplamente 
utilizado em diversas indústrias devido às suas propriedades únicas, como leveza, 
isolamento térmico e resistência ao impacto. 
 
 
 
Aplicações e principais utilizações na Engenharia Civil 
 
Algumas das principais aplicações do isopor são: 
➢ Embalagens: O isopor é frequentemente usado em embalagens devido à 
sua capacidade de proteger produtos durante o transporte devido à sua leveza e 
resistência a impactos. 
➢ Indústria Alimentícia: Embalagens descartáveis feitas de isopor são 
populares na indústria alimentícia devido à sua capacidade de manter a temperatura 
dos alimentos. 
➢ Artesanato e Modelagem: Devido à facilidade de moldagem e corte, o isopor 
é utilizado em projetos de artesanato e modelagem, sendo uma escolha comum para 
fazer maquetes, cenários e artesanato decorativo. 
Na engenharia civil, este material possui diversas aplicações devido às suas 
propriedades físicas favoráveis. Algumas das principais utilizações incluem: 
➢ Isolamento Térmico e Acústico: Painéis de isopor são frequentemente 
utilizados como material isolante em paredes, lajes e telhados. Sua estrutura celular 
fechada ajuda a reduzir a transferência de calor, proporcionando eficiência energética 
aos edifícios. Além disso, o isopor pode contribuir para o isolamento acústico, reduzindo 
a transmissão de ruídos. 
➢ Sistemas de Paredes: O isopor é empregado em sistemas construtivos 
leves, como paredes pré-fabricadas, contribuindo para a redução do peso total da 
estrutura e simplificando o processo de construção. 
➢ Pisos Flutuantes: Devido à sua leveza, o isopor é utilizado em sistemas de 
pisos flutuantes, proporcionando isolamento térmico e acústico entre os pavimentos de 
edificações. 
➢ Flutuadores para Pontes e Embarcações: Devido à sua capacidade de 
suportar peso e flutuar, o isopor é utilizado na fabricação de flutuadores para pontes e 
embarcações. Isso contribui para a estabilidade e segurança dessas estruturas. 
➢ Modelagem em Escala: Em projetos de engenharia civil, o isopor é 
frequentemente utilizado para criar maquetes e modelos em escala. Esses modelos 
são úteis para visualizar e comunicar projetos arquitetônicos e de construção. 
➢ Enchimento Leve em Concreto: Adições de isopor ao concreto podem criar 
misturas leves, reduzindo o peso do concreto e melhorando suas propriedades 
térmicas. 
Apesar de suas vantagens, é importante considerar o impacto ambiental do isopor 
e explorar opções mais sustentáveis. A reciclagem do isopor, por exemplo, tem sido 
uma área de foco para mitigar os efeitos negativos desse material na engenharia civil 
e em outras indústrias. 
 
 
 
Propriedades Termodinâmicas 
 
 As propriedades termodinâmicas do isopor, estão relacionadas ao seu 
comportamento térmico em diferentes condições. Algumas das propriedades 
termodinâmicas relevantes do isopor incluem: 
➢ Densidade que varia de 10 a 90 kg/m³ 
➢ Ponto de fusão em graus celsius 210 a 249 ºC 
➢ Coeficiente de dilatação: 5x10^-5°C^-1 
➢ Calor específico: 0,35 cal/g.°C 
➢ Condutibilidade térmica: 0,40W/mK 
➢ Também conhecidos como dielétricos, o isopor é um material isolante 
elétrico. 
O isopor é um termoplástico, o que significa que ele amolece quando aquecido, 
mas não possui um ponto de ebulição definido como os materiais que passam por 
mudanças de fase líquido-gás. O poliestireno, a matéria-prima do isopor, geralmente 
amolece em temperaturas relativamente baixas. O ponto de amolecimento do 
poliestireno está em torno de 90 a 100 graus Celsius. Quando aquecido a essas 
temperaturas, o isopor perde sua rigidez e pode ser moldado. 
É importante destacar que as propriedades termodinâmicas do isopor podem variar 
ligeiramente com a densidade e o processo de fabricação específicos. Essas 
propriedades tornam o isopor um material popular para isolamento térmico em 
aplicações diversas, proporcionando eficiência energética e conforto térmico. 
 
Após descobrirmos um pouco da sua história e surgimento, suas principais 
utilizações, de como o isopor é importante na engenharia civil e algumas de suas 
propriedades termodinâmicas, vamos inserir o isopor em três estudos diferentes. 
 
CASO 1 
Uma barra de madeira será fixada na forma da figura abaixo de forma a ter dois 
apoios: A e B de altura H a 20ºC. Ambos os apoios serão aquecidos até a 200ºC 
sofrendo dilatação. O apoio A é do material vidro comum com α=8.10-6 ºC-1 e o apoio 
em B é do Isopor com um coeficiente de dilatação = 5x10^-5°C^-1 . Considere que os 
apoios irão dilatar de forma linear, ou seja, apenas na direção vertical e essa dilatação 
será diferente em cada apoio por conta da diferença dos coeficientes de dilatação. Após 
a dilatação, a peça sofre uma inclinação formando um ângulo com a horizontal. 
Determine qual o valor desse ângulo e explique se essa dilatação será ou não 
significativa. 
 
Há dilatação, porém, está em um ângulo muito pequeno. Entretanto, dependendo 
do material que está sobre essa dilatação poderá ser significativo. 
 
CASO 2 
Um sistema isolado será montado com 680 gramas de água a 20ºC, 395 g de álcool 
50ºC e 300 gramas de Isopor a 125 ºC. Qual a temperatura final dessa mistura? 
 
A temperatura final da mistura dos matérias água, álcool e isopor será de 
T = 27,88 ºC. 
 
CASO 3 
Considere uma parede que recebe radiação constante de Sol no período da tarde, 
ou seja, das 12:00 as 18:00. Nessa parede existem 3 camadas: camada 1: pintura clara 
(λ1 = 0,14 W/m.ºC)de 0,01m; camada 2: Isopor (λ2 = 0,40W/mK ) de 0,05 m e camada 
3: concreto armado (λ3=1,75 W/m.ºC) de 0,15 m. Determine com essas informações, 
qual o fluxo térmico por condução se a temperatura externa (θe) for de 37ºC e a 
temperatura interna (θi) de 25ºC. 
 
O fluxo térmico por condução sendo a temperatura externa (θe) de 37ºC e a 
temperatura interna (θi) de 25ºC será de H = 65,732W/m ºC. 
 
Em conclusão, o isopor, ou poliestireno expandido (EPS), é um material que 
desempenha um papel significativo em diversas indústrias devido às suas propriedades 
únicas, como leveza, isolamento térmico e versatilidade. Ao longo do tempo, tornou-se 
uma escolha popular na construção civil, embalagens e outras aplicações devido à sua 
eficácia e acessibilidade. 
A engenharia civil se beneficia amplamente do isopor em isolamentos térmicos, 
sistemas construtivos leves e outras aplicações. No entanto, à medida que avançamos, 
é crucial considerar não apenas a eficácia do material, mas também seu impacto 
ambiental. A busca por práticas mais responsáveis na produção, consumo e descarte 
do isopor é essencial para equilibrar suas vantagens com a preservação do meio 
ambiente. 
 
 
Referências bibliográficas 
https://www.mundoisopor.com.br/conheca-a-historia-do-isopor/ 
https://www.isomil.com.br/blog/a-historia-do-isopor-da-invencao-ao-uso-
universal 
https://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/isopor/isopor_-
_aplicacoes_e_usos.html 
https://www.designbase.com.br/7-usos-do-isopor-na-construcao-civil/ 
https://www.materiais.gelsonluz.com/2018/09/densidade-isopor.html 
https://www.materiais.gelsonluz.com/2019/04/ponto-de-fusao-do-isopor.html 
https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/isopor/ 
https://www.materiais.gelsonluz.com/2018/09/calor-especifico-do-isopor.html 
https://www.todamateria.com.br/condutores-e-isolantes/ 
 
 
 
Imagem do Material utilizado no trabalho: Isopor ou poliestireno expandido (EPS). 
https://www.mundoisopor.com.br/conheca-a-historia-do-isopor/
https://www.isomil.com.br/blog/a-historia-do-isopor-da-invencao-ao-uso-universal
https://www.isomil.com.br/blog/a-historia-do-isopor-da-invencao-ao-uso-universal
https://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/isopor/isopor_-_aplicacoes_e_usos.html
https://ambientes.ambientebrasil.com.br/residuos/isopor/isopor_-_aplicacoes_e_usos.html
https://www.designbase.com.br/7-usos-do-isopor-na-construcao-civil/
https://www.materiais.gelsonluz.com/2018/09/densidade-isopor.html
https://www.materiais.gelsonluz.com/2019/04/ponto-de-fusao-do-isopor.html
https://www.infoescola.com/compostos-quimicos/isopor/
https://www.materiais.gelsonluz.com/2018/09/calor-especifico-do-isopor.html
https://www.todamateria.com.br/condutores-e-isolantes/