12_ISOLAMENTO TERMICO
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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:
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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
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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
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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)
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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
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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