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
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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.
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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.
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12. ISOLAMENTO TÉRMICO
ISOLAMENTO DE UMA CÂMARA FRIGORÍFICA
CÂMARA FRIGORÍFICA MODULADA
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12. ISOLAMENTO TÉRMICO
ISOLAMENTO ACÚSTICO E ANTIVIBRATÓRIO DAS
TUBULAÇÕESLINHA DE SUCÇÃO
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12. ISOLAMENTO TÉRMICO
ISOLAMENTO DE DUTOS DE AR CONDICIONADO
ISOLAMENTO DA TUBULAÇÃO DE ÁGUA
GELADA
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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
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12. ISOLAMENTO TÉRMICO
ESPESSURA ECONÔMICA DO ISOLAMENTO
/S = 8,14 W/m2Q&
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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.
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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. 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
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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
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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)
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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
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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
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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