SEMANE ISOLAMENTO TÉRMICO

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LICENCIATURA EM ENGENHARIA TERMOTECNICA 
 
Cadeira: Transferência de Calor e Massa 
Tema: Isolamentos Térmicos 
 
Trabalho individual 
Elaborou o estudante do 3
o 
ano 
SEMANE, Semane Jacinto João 
 
Verificou: Engª. NYAMBIR, Luisa 
Corrigiu:___________________________ 
 
 
Tarefa entregue aos: 15 de Março de 2018 
Prazo de execução: até 01 de Abril de 2018 
Trabalho entregue aos: 01 de Abril de 2018 
 
 
Songo, Abril de 2018 
 
 
 
Índice 
1. Introdução ....................................................................................................... 1 
2. Objectivos ....................................................................................................... 1 
2.1. Objectivos gerais ...................................................................................... 1 
2.2. Objectivos específicos .............................................................................. 1 
3. Isolamento térmico (definição) ....................................................................... 2 
3.1. Princípios de Funcionamento ................................................................... 2 
3.2. Tipos de Isolamentos ................................................................................ 3 
3.3. Aplicação dos isolamentos térmicos ........................................................ 5 
3.4. Diâmetro ou Raio Crítico ......................................................................... 5 
4. Conclusão ..................................................................................................... 8 
5. Referências bibliográficas .............................................................................. 8 
 
 Isolamentos Térmicos 2018
 
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1. Introdução 
A razão para isolar o capô de um carro (por exemplo) não é conservar o calor proveniente do 
motor, mas proteger as pessoas de se queimar ao tocar em sua superfície, que estaria muito 
quente se não fosse isolada. Isolamentos térmicos são materiais ou combinações de materiais 
utilizados principalmente para fornecer resistência ao fluxo de calor. 
O isolamento térmico, sob a forma de lama, argila, palha, trapos e tiras de madeira, foi 
utilizado pela primeira vez no século XVIII em motores a vapor para evitar que os operários 
se queimassem nas superfícies quentes. 
 
 
2. Objectivos 
2.1. Objectivos gerais 
 Estudar os isolamentos térmicos 
 
2.2. Objectivos específicos 
 Saber o Princípio de Funcionamento; 
 Conhecer os Tipos de isolamentos; 
 Saber onde pode ser Aplicado os isolamentos; 
 Saber calcular Diâmetro crítico 
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3. Isolamento térmico (definição) 
O isolamento térmico é um material que impede a dissipação de calor, ou seja, ele impede a 
passagem de calor entre dois meios ou ambientes que poderiam naturalmente ficar com 
temperaturas iguais. 
Isolamentos térmicos são materiais ou combinações de materiais utilizados principalmente 
para fornecer resistência ao fluxo de calor. 
 
3.1. Princípios de Funcionamento 
Os isolamentos são, em sua maioria, materiais heterogéneos feitos de materiais de baixa 
condutividade térmica e que envolve bolsas de ar. Isto não é surpreendente, uma que o ar tem 
uma das mais baixas de condutividades térmicas e é facilmente disponível. 
A diferença de temperatura é a força motriz para o fluxo de calor, e quanto maior for a 
diferença de temperatura, maior será a taxa de transferência de calor. Podemos diminuir o 
fluxo de calor entre dois meios a diferentes temperaturas colocando “obstáculos” no caminho 
do fluxo de calor. 
O calor gerado (por exemplo no forno) é absorvido pelo meio e por suas superfícies, 
provocando um aumento da temperatura acima temperatura ambiente. Essa diferença de 
temperatura causa a transferência de calor a partir do meio quente para o ambiente, e o 
isolamento reduz a quantidade da perda de calor e, assim, economiza combustível e dinheiro. 
Por isso, o isolamento paga por si próprio a partir da energia poupada. 
Isolamentos térmicos servem como tais barreiras e desempenham um papel importante no 
projecto e na fabricação de todos os dispositivos ou sistemas energeticamente eficientes, e 
normalmente são a perda angular dos projectos de conservação de energia. Os materiais 
utilizados como isolante térmico geralmente são porosos ou fibrosos, de modo que 
concentrem o ar seco e o guarde dentro de suas células. 
 
As principais vantagens de um bom isolamento térmico são: 
 Maior conservação de energia, pois o material reduz a perda ou os ganhos de calor; 
 Maior eficiência no processo de resfriamento ou aquecimento; 
 Garantia de controlo de temperatura a fim de proteger pessoas ou equipamentos; 
 Instalação rápida e barata; 
 Não é inflamável, ou seja, não pega fogo. 
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 Manutenção mínima, pois o material tem grande durabilidade e vida útil. 
3.2. Tipos de Isolamentos 
Existem muitos tipos de materiais que oferecem um bom isolamento, tudo depende da 
temperatura do local, o ambiente. Abaixo estão os principais materiais isolantes térmicos que 
a ISAR estabeleceu. 
 
Espuma elastomérica 
 
 
Lã de rocha 
 
 
Lã de vidro 
A espuma elastomérica é fornecida 
em tubos, mantas e fitas auto-
adesivas, é um isolante térmico 
produzido a partir de borracha 
sintética de alta densidade (60 +/- 6 
kg/m³) com excelente coeficiente de 
condutividade térmica (0,025 kcal/m.h 
ºC); 
 
A lã de rocha é fabricada a partir de rochas 
basálticas especiais e outros minerais que, 
aquecidos a cerca de 1500ºC, são 
transformados em filamentos que, 
aglomerados a soluções de resina 
orgânicas, permitem a fabricação de 
produtos leves e flexíveis a até muito 
rígidos, dependendo do grau de 
compactação. 
 
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POLIESTIRENO 
 
 
POLIURETANO 
 
A Isar vem oferecendo ao mercado sua 
linha de produtos em lã de vidro para 
isolação termo-acústica, produzida pela 
avançada tecnologia do processo Tel, 
mundialmente utilizada, que garante 
resistência mecânica superior graças ao 
entrelaçamento da fibra da lã de vidro, 
conferindo excepcionais indicies de 
isolação térmica e absorção sonora. 
Isopor é um polímero de estireno minúsculo 
resultante de pérolas, que submetidas à 
expansão de vapor d' água aumentam em 
até 50 vezes seu tamanho original, 
fundindo-se e moldando-se em um material 
de excelente poder de isolamento, tanto de 
calor como principalmente de frio, devido à 
grande quantidade de células fechadas e 
cheia de ar em seu interior. 
 
Poliuretano é uma espuma rígida 
predominantemente utilizado na técnica da 
isolação térmica, resultado da reacção química 
de um poli-isocianato que juntamente com o gás 
expansor são responsáveis pelo alto factor de 
isolamento térmico principalmente para 
superfícies operando a baixas temperaturas, 
consequência da baixa massa especifica 
aparente (densidade) e baixo coeficiente de 
condutibilidade térmica do poliuretano. 
 
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Silicato De Cálcio 
 
 
 
 
 
3.3. Aplicação dos isolamentos térmicos 
O isolamento térmico é usado em mais lugar, até em locais imagináveis tais como: 
 As paredes das casas provavelmente são preenchidas com algum tipo de isolamento, 
bem como o telhado é susceptível de ter uma espessa camada de isolamento. 
 A espessura das paredes das geleiras é devida à camada de isolamentocolocada entre 
duas placas para conservar a energia; 
 O tanque de água quente contem menos água do que se imagina, devido aos 2 a 4 cm 
de espessura de isolamento nas paredes do tanque, além disso, o seu tubo de água quente 
pode parecer muito mais espesso do que o tubo da água fria por causa do isolamento. 
 Em fim de modo geral os isolamentos térmicos são aplicados em todos os casos em 
que pretende se reduzir a quantidade de fluxo de calor e para casos de protecção, 
minimizar perdas de calor . 
 
3.4. Diâmetro ou Raio Crítico 
Sabemos que acrescentar mais isolamento em uma parede ou em um sótão sempre diminui a 
transferência de calor. Quanto mais espesso é o isolamento, menor será a taxa de 
transferência de calor. Isso é esperado, uma vez que a área A da transferência de calor é 
constante e adicionar isolamento sempre aumenta a resistência térmica da parede sem 
aumentar a resistência de convecção. 
O Silicato de Cálcio para Isolamento 
Térmico está disponível na ISAR em 
forma de PLACAS e Segmentos 
 
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A adição de isolamento em um tubo cilindro ou em uma casca esférica, no entanto, é uma 
questão diferente. O isolamento adicional aumenta a resistência de condução da camada de 
isolamento, mas diminui a resistência de convecção da superfície devido ao aumento da 
superfície externa para convecção. A transferência de calor a partir do tubo aumentar ou 
diminuir, dependendo do efeito dominante. 
Considere um tubo cilíndrico de raio externo cuja temperatura da superfície externa é 
mantida constante. O tubo encontra-se isolado com um material de condutividade térmica k e 
raio externo é , o calor é dissipado para o meio ambiente, que se encontra a temperatura 
com o coeficiente de transferência de calor por convecção h. O calor dissipado do isolamento 
para o ambiente é calculado de: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
𝑄 =
𝑇 − 𝑇 
𝑅𝑖𝑠𝑜𝑙 + 𝑅𝑐𝑜𝑛𝑣
=
𝑇 − 𝑇 
ln(𝑟 /𝑟 )
2𝜋𝐿𝐾 +
1
ℎ(2𝜋𝑟 𝐿)
 
Figura 1: um tubo cilíndrico isolado 
exposto à convecção a partir da superfície 
externa e a rede de resistência térmica 
associada a ele. 
𝑟𝑐𝑟,𝑐𝑖𝑙𝑖𝑛𝑑𝑟𝑜 =
𝑘
ℎ
 
A variação de 𝑄 com o raio externo do 
isolamento 𝑟 é apresentada na figura 2. 
O valor de 𝑟 em que 𝑄 atinge um 
máximo é determinado a partir da 
exigência de que 𝑑𝑄/ 𝑑𝑟 =
0 (𝑖𝑛𝑐𝑙𝑖𝑛𝑖çã𝑜 𝑧𝑒𝑟𝑜). Fazendo a 
diferenciação e resolvendo para 𝑟 , 
obtemos o raio crítico de isolamento de 
um corpo cilíndrico como sendo: 
 
Figura 2. Variação da taxa de transferência de calor com o raio externo do isolamento 
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Note que o raio crítico de isolamento depende da condutividade térmica do isolamento k e do 
coeficiente externo de transferência de calor por convecção h. A taxa de transferência de 
calor a partir do cilindro aumenta com a adição de isolamento para , atinge um 
máximo = e começa a diminuir para . Assim, isolar um tubo pode realmente 
aumentar a taxa de transferência de calor em vez de diminui-la, quando . 
A pergunta importante a ser respondida neste momento é saber se devemos nos preocupar 
com o raio crítico de isolamento quando isolamos tubos de água quente ou mesmo tanques de 
água quente. Devemos sempre verificar e nos certificar de que o raio externo do isolamento 
ultrapassa suficientemente o raio crítico, antes de instalar qualquer isolamento? 
Provavelmente não. 
O valor de raio crítico é grande quando k é grande e h é pequeno. Observando que o 
menor valor de h encontrado na prática é de cerca de 5w/m
2
.
o
C para o caso de convecção 
natural de gases e que a condutividade térmica de materiais isolantes comuns é de cerca de 
0,05w/m.
o
C, o maior valor do raio crítico que esperamos encontrar é: 
 , =
 , 
ℎ 
 
0,0 
 
= 0,01 = 10 
Esse valor seria ainda menor se os efeitos da radiação fossem considerados. O raio crítico 
seria muito menor com convecção forçada, muitas vezes inferior a 1 mm, devido aos valores 
de h muito maior associados à convecção forçada. Portanto, podemos isolar tubos de vapor 
ou de água quente livremente sem nos preocuparmos com a possibilidade de aumentar a 
transferência de calor ao isolar os tubos. 
O raio de fios eléctricos pode ser menor do que o raio critica. Por isso, o isolamento eléctrico 
com plástico pode realmente melhorar a transferência de calor a partir de fios eléctricos e, 
assim, manter seu funcionamento permanente em níveis mais baixos de temperaturas e, 
portanto, mais seguro. 
Pode se fazer demostrações da casca esfera até se chegar a seguinte conclusão: 
 , =
2 
ℎ
 
Em que k é a condutividade térmica do isolamento e h é o coeficiente de transferência de 
calor por convecção da superfície externa 
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4. Conclusão 
Depois de análise dos isolamentos concluiu-se que, o isolamento reduz a quantidade da perda 
de calor e, assim, economiza combustível e dinheiro, e o isolamento paga por si próprio a 
partir de energia poupada. Poupar energia, com isolamento não se limita às superfícies 
quentes. Isolar correctamente requer um único investimento de capital, mas os seus efeitos 
dramáticos e de longo prazo. 
O raio crítico é relevante para pequenos diâmetros, tais como, fios eléctricos. 
 
 
 
 
 
 
5. Referências bibliográficas 
 Çengel, Yunus A. Transferência de calor e massa: uma abordagem prática/ Yunus A. 
Çengel; tradução Luiz Felipe Mendes de Moura; revisão técnica Kamal A.R. Ismail.-
São Paulo: McGraw-Hill, 2009 
 www.Wikepedia.com