12_isolamento termico

TMTM--182 REFRIGERA182 REFRIGERAÇÃÇÃO E CLIMATIZAO E CLIMATIZAÇÃÇÃOO

Prof. Dr. Rudmar Serafim Matos

Universidade Federal do Paraná

Setor de Tecnologia

Departamento de Engenharia Mecânica

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

Isolantes são materiais de baixo coeficiente de condutividade, que tem por finalidade, reduzir as trocas térmicas indesejáveis e manter a temperatura da parede externa do recinto isolada (lado quente), próxima à do ambiente, a fim de evitar problemas de condensação.

Um bom isolante deve apresentar as seguintes qualidades:

• ter baixa condutividade térmica;• ter boa resistência mecânica;• não sofrer fisicamente influência da temperatura

em que é aplicado;• não ser combustível;• ser imputrecível;• ter baixa permeabilidade ao vapor d’água;• ter baixo custo.

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

Os materiais usados como isolantes são:

• fibra de madeira aglomerada;• cortiça;• lã de vidro;• lã de rocha;• concreto celular;• espuma de borracha;• poliestireno expandido (Isopor, Styropor);• espumas de poliuretano;• espaço livre entre paredes.

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

ISOLAMENTO DE UMA CÂMARA FRIGORÍFICA

CÂMARA FRIGORÍFICA MODULADA

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

ISOLAMENTO ACÚSTICO E ANTIVIBRATÓRIO DAS

TUBULAÇÕESLINHA DE SUCÇÃO

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

ISOLAMENTO DE DUTOS DE AR CONDICIONADO

ISOLAMENTO DA TUBULAÇÃO DE ÁGUA

GELADA

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

ESPESSURA DO ISOLAMENTO

Rttt Q insie

∑∆+−=&

A R

α∑= 1

• para o ar:

onde,taxa de transferência de calor, W

te temperatura externa, oCti temperatura interna, oC∆tins diferencial de temperatura devido à

insolaçãosoma das resistências térmicas

R resistência térmica, oC/Wa coeficiente de filme do ar, W/m2oCk coeficiente de condutividade

térmica, W/moCe espessura da parede ou do

isolamento, mA área de troca térmica, m2

l comprimento do cilindro, mr1 raio interno do isolamento, mr2 raio externo do isolamento, m

Q&

R∑• superfície plana:

Ake R ∑=

• superfície cilíndrica:

1

2

rrln

l k21 R π

=

• superfície esférica:

−

π =

21 r1

r1

l k 41 R

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

ESPESSURA ECONÔMICA DO ISOLAMENTO

/S = 8,14 W/m2Q&

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

CONDENSAÇÃO SUPERFICIAL

TUBULAÇÃO DE REFRIGERAÇÃO QUE TRABALHA COM FLUIDO À TEMPERATURA NEGATIVA

Fatores de penetração de umidade nos isolantes:

- permeabilidade do vapor d’água;

- ação higroscópica do material;

Problemas:- umidade excessiva no ar e paredes;- umidade dos materiais;- aumento do (k);- oxidação;- variação de dimensões;- destruição mecânica;- apodrecimento.

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

CONDENSAÇÃO SUPERFICIAL

vRp G

∑∆=&

ondetaxa de transferência de vapor, g/h

∆p diferencial de pressão, kPasoma das resistências à condução de vapor

Ae Rv

µ=

1

2v r

rlnl 2

1 Rπµ

=

−

µπ =

21v r

1r1

41 R

Rv resistência à difusão do vapor de água, kPa h/g

µ permeabilidade ao vapor de água, g/m h kPa

l comprimento do cilindro, mr1 raio interno do isolamento, mr2 raio externo do isolamento, mA área da seção, m2

G&

vR∑• superfície plana:

• superfície cilíndrica:

• superfície esférica:

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

12.9 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS

EXEMPLO 12.9.1: Calcule a espessura do isolante (Styropor) de uma parede clara e face oeste (fig. 148), para que o fluxo de calor por unidade de área seja 8,13 W/m2 (espessura econômica).

2 cm 25 cm ? 2 cm

argamassaisolante

alvenaria

35 Co o-10 C

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

EXEMPLO 12.9.1:SOLUÇÃO

conhecendo-se:αi = 17,45 W/ m2 oCαe = 34,89 W/ m2 oCk1 = 1,28 W/moC k2 = 1,165 W/moCk3 = 0,034 W/moC k4 = 1,28 W/moC∆tins = 2 (TABELA 13)

Rttt Q insie

∑∆+−=

A

&

onde:

e4321i kkkk R

α+++++

α=∑ 1eeee1 4321

( )( )

45,171

28,102,0

034,0e

165,125,0

28,102,0

89,341

210513,83 +++++

+−−= 3

m 0,185 =3e

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

12.9 EXEMPLOS ILUSTRATIVOS

EXEMPLO 12.9.2: Verificar a possibilidade de condensação no interior de uma parede de um frigorífico (fig. 149), constituída de: 30 cm de tijolos maciços isolada internamente com 15 cm de poliestireno expandido de 20 kgf/m3, quando sujeita às condições abaixo:Externas: Internas:t1 = 30oC t2 = - 30oCφ1 = 85 % φ2 = 90 %µA = 0,165 g/ m h kPa µB = 0,0075 g/m h kPakA = 0,977 W/moC kB = 0,035 W/moCConsiderar S = 1 m2 e α1 = α2 = 8,14 W/ m2 oC

30 cm

30 Co

15 cm

o-30 C

isolante (B)

alvenaria (A)

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

EXEMPLO 12.9.2:SOLUÇÃO

a) taxa de transferência de calor, Q:

Rttt Q insie

∑∆+−=&

( )( ) W4,12

114,81

1035,015,0

1977,030,0

114,81

0300 =

×+

×+

×+

×

+−−= 3 Q&

b) cálculo das temperaturas:

( )

C48,28 o

8,141

304,2

−=

−−=

B2

B2

t

t 1

onde:

x

x

Rt Q ∆=&

C48,28 o

8,141

304,2

=

−=

1A

1A

t

t 1

C67,24 o

977,03,0

8,141304,2

=

+

−=

AB

AB

t

t 1

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

EXEMPLO 12.9.2:SOLUÇÃO

c) determinação das pressões de saturação: onde da tabela de propriedades do ar úmido:

kPa 2462,4C30o =∴= s11 pt

kPa 8908,3C48,28 o =∴= s1A1A pt kPa 0445,0C48,28 o =∴−= sB2B2 pt

kPa 1085,3C67,24 o =∴= sABAB pt kPa 03802,0C30o =∴−= s22 pt

d) determinação das pressões de vapor:

kPa 3,6093v1

v1

p4,2462

p 0,85

=

=

kPa 0342,0v2

v2

p0,03802

p 0,90

=

=s

v

p p=φ

12. ISOLAMENTO TÉRMICO

EXEMPLO 12.9.2:SOLUÇÃO

da taxa de transferência de vapor, G:

vRp G

∑∆=&

Ae Rv

µ=

kPa 3,11 kPa 3,3 sABvAB

vAB

pp0,165

0,3p3,6093 0,164

=⟩=

−=

g/h 164,0

10075,015,0

1165,03,0

0342,06093,3 =

×+

×

−= G& kPa 11,3=sABp

kPa 25,4=s1p

kPa 03,0=v2p

kPa 038,0=s2p

kPa 61,3=v1p

kPa 3,3=vABp