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ISOLAMENTO TEacuteRMICO
bull DEFINICcedilAtildeO bull O isolamento teacutermico consiste em proteger as
superfiacutecies aquecidas como a parede de um forno ou resfriadas como a parede de um refrigerador atraveacutes da aplicacatildeo de materiais de baixa condutividade teacutermica (k)
bull OBJETIVO 1048782 Minimizar os fluxos de calor quer por problemas teacutecnico (seguranccedila evitar condensaccedilatildeo) quer por problemas econocircmicos (economizar energia) ou a busca de estado de conforto
bull FUNDAMENTO 1048782 Normalmente aprisionam ar ( k = 002 kcalhmoC quando parado) em pequenas cavidades de um material soacutelido de modo a evitar sua movimentaccedilatildeo (diminui a convecccedilatildeo) Por isto materiais porosos com poros pequenos e paredes finas de materiais de baixo valor de k ilustrados na figura 81 datildeo bons isolantes teacutermicos
CARACTERIacuteSTICAS DE UM BOM ISOLANTE
bull Quanto menor o k menor seraacute a espessura necessaacuteria para uma mesma capacidade isolante Apenas a tiacutetulo ilustrativo a figura 82 mostra algumas espessuras ( em mm ) de alguns materiais que tem a mesma capacidade isolante
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull DEFINICcedilAtildeO bull O isolamento teacutermico consiste em proteger as
superfiacutecies aquecidas como a parede de um forno ou resfriadas como a parede de um refrigerador atraveacutes da aplicacatildeo de materiais de baixa condutividade teacutermica (k)
bull OBJETIVO 1048782 Minimizar os fluxos de calor quer por problemas teacutecnico (seguranccedila evitar condensaccedilatildeo) quer por problemas econocircmicos (economizar energia) ou a busca de estado de conforto
bull FUNDAMENTO 1048782 Normalmente aprisionam ar ( k = 002 kcalhmoC quando parado) em pequenas cavidades de um material soacutelido de modo a evitar sua movimentaccedilatildeo (diminui a convecccedilatildeo) Por isto materiais porosos com poros pequenos e paredes finas de materiais de baixo valor de k ilustrados na figura 81 datildeo bons isolantes teacutermicos
CARACTERIacuteSTICAS DE UM BOM ISOLANTE
bull Quanto menor o k menor seraacute a espessura necessaacuteria para uma mesma capacidade isolante Apenas a tiacutetulo ilustrativo a figura 82 mostra algumas espessuras ( em mm ) de alguns materiais que tem a mesma capacidade isolante
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull OBJETIVO 1048782 Minimizar os fluxos de calor quer por problemas teacutecnico (seguranccedila evitar condensaccedilatildeo) quer por problemas econocircmicos (economizar energia) ou a busca de estado de conforto
bull FUNDAMENTO 1048782 Normalmente aprisionam ar ( k = 002 kcalhmoC quando parado) em pequenas cavidades de um material soacutelido de modo a evitar sua movimentaccedilatildeo (diminui a convecccedilatildeo) Por isto materiais porosos com poros pequenos e paredes finas de materiais de baixo valor de k ilustrados na figura 81 datildeo bons isolantes teacutermicos
CARACTERIacuteSTICAS DE UM BOM ISOLANTE
bull Quanto menor o k menor seraacute a espessura necessaacuteria para uma mesma capacidade isolante Apenas a tiacutetulo ilustrativo a figura 82 mostra algumas espessuras ( em mm ) de alguns materiais que tem a mesma capacidade isolante
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull FUNDAMENTO 1048782 Normalmente aprisionam ar ( k = 002 kcalhmoC quando parado) em pequenas cavidades de um material soacutelido de modo a evitar sua movimentaccedilatildeo (diminui a convecccedilatildeo) Por isto materiais porosos com poros pequenos e paredes finas de materiais de baixo valor de k ilustrados na figura 81 datildeo bons isolantes teacutermicos
CARACTERIacuteSTICAS DE UM BOM ISOLANTE
bull Quanto menor o k menor seraacute a espessura necessaacuteria para uma mesma capacidade isolante Apenas a tiacutetulo ilustrativo a figura 82 mostra algumas espessuras ( em mm ) de alguns materiais que tem a mesma capacidade isolante
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
CARACTERIacuteSTICAS DE UM BOM ISOLANTE
bull Quanto menor o k menor seraacute a espessura necessaacuteria para uma mesma capacidade isolante Apenas a tiacutetulo ilustrativo a figura 82 mostra algumas espessuras ( em mm ) de alguns materiais que tem a mesma capacidade isolante
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Baixo Poder Higroscoacutepico bull A aacutegua que penetra nos poros substitui o ar
aumentando o valor de k Aleacutem disto quando se tratar de isolamento de ambientes cuja temperatura seja inferior a 10 oC existe a possibilidade da aacutegua absorvida passar para o estado soacutelido com consequumlente aumento de volume o que causaraacute ruptura das paredes isolantes
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Baixa Massa Especiacutefica bull Em certas aplicaccedilotildees um bom isolante deve
ser leve de modo a natildeo sobrecarregar desnecessariamente o aparelho isolado principalmente no caso de aviotildees barcos automoacuteveis ou ainda no caso de forros ou outras partes de faacutebricas e edifiacutecios onde o material teraacute de ficar suspenso
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Resistecircncia Mecacircnica Compatiacutevel com o Uso bull De maneira geral quanto maior a resistecircncia
mecacircnica do material isolante maior seraacute o nuacutemero de casos que ele poderaacute resolver aleacutem do que apresentaraacute menor fragilidade o que eacute conveniente nos processos de transportes e no tocante agrave facilidade de montagem
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Incombustibilidade Estabilidade Quiacutemica e Outros
bull Uma seacuterie de outras caracteriacutesticas seratildeo necessaacuterias dependendo da aplicaccedilatildeo a que o material isolante se destina
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
MATERIAIS ISOLANTES BAacuteSICOS
bull A maioria dos isolantes usados industrialmente satildeo feitos dos seguintes materiais amianto carbonato de magneacutesio siacutelica diatomaacutecea vermiculita latilde de rocha latilde de vidro corticcedila plaacutesticos expandidos aglomerados de fibras vegetais silicato de caacutelcio
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull O amianto eacute um mineral que possui uma estrutura fibrosa do qual se obteacutem fibras individuais O amianto de boa qualidade deve possuir fibras longas e finas e aleacutem disto infusibilidade resistecircncia e flexibilidade
bull O carbonato de magneacutesio eacute obtido do mineral dolomita e deve sua baixa condutividade ao grande nuacutemero de microscoacutepicas ceacutelulas de ar que conteacutem
bull A siacutelica diatomaacutecea consiste de pequenos animais marinhos cuja carapaccedila se depositou no fundo dos lagos e mares
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull A vermiculita eacute uma mica que possui a propriedade de se dilatar em um soacute sentido durante o aquecimento O ar aprisionado em bolsas entre as camadas de mica torna este material um bom isolante teacutermico
bull A latilde de rocha ou latilde mineral assim como a latilde de vidro satildeo obtidas fundindo minerais de siacutelica em um forno e vertendo a massa fundida em um jato de vapor a grande velocidade O produto resultante parecido com a latilde eacute quimicamente inerte e incombustiacutevel e apresenta baixa condutividade teacutermica devido aos espaccedilos com ar entre as fibras
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull A corticcedila eacute proveniente de uma casca de uma aacutervore e apresenta uma estrutura celular com ar encerrado entre as ceacutelulas
bull Os plaacutesticos expandidos satildeo essencialmente poliestireno expandido e poliuretano expandido que satildeo produzido destas mateacuterias plaacutesticas as quais durante a fabricaccedilatildeo sofrem uma expansatildeo com formaccedilatildeo de bolhas internas microscoacutepicas
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
FORMAS DOS ISOLANTES
bull Os isolantes teacutermicos podem ser adquiridos em diversas formas dependendo da constituiccedilatildeo e da finalidade agrave qual se destinam Alguns exemplos comumente encontrados satildeo
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull ecirc Calhas bull Satildeo aplicados sobre paredes ciliacutendricas e fabricados a
partir de corticcedila plaacutesticos expandidos fibra de vidro impregnadas de resinas fenoacutelicas etc
bull ecirc Mantas bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies planas
curvas ou irregulares como eacute o caso de fornos tubulaccedilotildees de grande diacircmetro etc
bull ecirc Placas bull Satildeo normalmente aplicados no isolamento de
superfiacutecies planas como eacute o caso de cacircmaras frigoriacuteficas estufas fogotildees etc
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull ecirc Flocos bull Satildeo normalmente aplicados para isolar locais de difiacutecil
acesso ou ainda na fabricaccedilatildeo de mantas costuradas com telas metaacutelicas e fabricados a partir de latildes de vidro e de rocha
bull ecirc Cordas bull Satildeo aplicados no isolamento de registros vaacutelvulas juntas
cabeccedilotes etc principalmente em locais sujeitos a desmontagem para manutenccedilatildeo perioacutedica
bull ecirc Pulverizados ou Granulados bull Satildeo aplicados no isolamento de superfiacutecies com
configuraccedilotildees irregulares ou aindas no preenchimento de vatildeos de difiacutecil acesso
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
APLICACcedilAtildeO DE ISOLANTES bull Isolaccedilatildeo de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja
Temperatura Deve ser Mantida Inferior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo- cacircmaras frigoriacuteficas refrigeradores trocadores de calor usando fluidos a baixa temperatura etc
bull Principal problema 1048782 migraccedilatildeo de vapores bull O fenocircmeno da migraccedilatildeo de vapores em isolamento de
superfiacutecies resfriadas eacute resultante de uma depressatildeo interna causada pelas baixas temperaturas e pode ser esquematizado assim
bull reduccedilatildeo da temp interna 1048782 depressatildeo 1048782 tendecircncia a equalizaccedilatildeo 1048782 migraccedilatildeo do ar + umidade 1048782 elevaccedilatildeo do valor de k (reduccedilatildeo da capacidade isolante) e possiacuteveis danos fiacutesicos ao isolamento
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull A aplicaccedilatildeo de barreiras de vapor consiste em usar materiais impermeaacuteveis para evitar que vapores daacutegua atinjam o isolamento Um tipo de barreira de vapor comumente utilizado para proteger o isolamento de tubulaccedilotildees que transportam fluidos em baixas temperaturas consiste de folhas de alumiacutenio ( normalmente com 015 mm ) coladas com adesivo especial no sentido longitudinal e com uma superposiccedilatildeo de 5 cm no sentido transversal para completa vedaccedilatildeo
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Isolamento de Equipamentos ou Dependecircncias Cuja Temperatura Deve Ser Mantida Superior agrave Temperatura Ambiente Local
bull Exemplo estufas fornos tubulaccedilotildees de vapor trocadores de calor usando fluidos a altas temperaturas
bull Principal problema 1048782 dilataccedilotildees provocadas pelas altas temperaturas
bull Neste caso natildeo existe o problema da migraccedilatildeo de vapores poreacutem devem ser escolhidos materiais que passam suportar as temperaturas de trabalho
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
CAacuteLCULO DE ESPESSURAS DE ISOLANTES
bull O caacutelculo leva em conta as limitaccedilotildees de temperatura e questotildees econocircmicas
bull bull Limitaccedilatildeo da Temperatura bull Tanto externamente (caso de um forno no qual a
temperatura externa natildeo deve ser maior do aquela que causa queimaduras nos trabalhadores) quanto interiormente (como em um recinto onde devemos ter a temperatura superior a de orvalho de modo a evitar a condensaccedilatildeo e gotejamento de aacutegua) o caacutelculo da espessura isolante poderaacute ser feito fixando as temperaturas envolvidas e calculando a espessura isolante necessaacuteria
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Como exemplo o caacutelculo da espessura isolante Li de um forno pode ser feito considerando que a temperatura T4 da superfiacutecie eacute fixada por razotildees de seguranccedila Conhecendo-se as temperaturas dos ambientes e os coeficiente de peliacutecula dos ambientes interno e externo e ainda as condutividades teacutermicas dos materiais das paredes o caacutelculo pode ser feito como mostrado na equaccedilatildeo 81
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Considerando as resistecircncias teacutermicas entre T1 e T4 e entre T4 e T5 obtemos as seguintes expressotildees para o fluxo de calor
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Exemplo - exerciacutecio
bull Ar condicionado para um centro de processamento de dados eacute distribuiacutedo em um duto retangular de alumiacutenio ( k = 200 KcalhmordmC ) de espessura 05 mm A temperatura no ambiente deve ser mantida em 25 ordmC e o coeficiente de peliacutecula eacute 8 Kcalhm2ordmC Sabendo-se que a temperatura na superfiacutecie interna do duto eacute 12 ordmC calcular a espessura do isolante teacutermico ( k = 0028 kcalhmordmC ) a usar para que natildeo ocorra condensaccedilatildeo na superfiacutecie externa do duto isolado com seguranccedila de 2 ordmC considerando que a temperatura de orvalho local eacute 193 ordmC
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Dados do problema
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Soluccedilatildeo
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
ISOLAMENTO DE TUBOS
bull CONCEITO DE RAIO CRIacuteTICO bull O aumento da espessura isolante de paredes
ciliacutendricas de pequenos diacircmetros nem sempre leva a uma reduccedilatildeo da transferecircncia de calor podendo ateacute mesmo a vir aumenta-la Vejamos a expressatildeo para o fluxo de calor atraveacutes de uma parede ciliacutendrica de comprimento L composta pela parede de um tubo metaacutelico e de uma camada isolante como pode ser visto na figura
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Observamos que existe um raio criacutetico ( rc ) que propicia um fluxo de calor maior inclusive do que sem nenhum isolamento Este raio criacutetico eacute comumente usado para o caacutelculo de condutores eleacutetricos em que se quer isolamento eleacutetrico e ao mesmo tempo uma dissipaccedilatildeo do calor gerado
bull No caso de isolamento de tubos de uma maneira geral eacute desejaacutevel manter o raio criacutetico o menor possiacutevel tal que a aplicaccedilatildeo da isolaccedilatildeo resultaraacute em reduccedilatildeo da perda de calor Isto pode ser conseguido utilizando-se uma isolaccedilatildeo de baixa condutividade teacutermica tal que o raio criacutetico seja pouco maior igual ou ateacute mesmo menor que o raio da tubulaccedilatildeo
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Consideremos que a temperatura da superfiacutecie externa de um tubo a ser isolado seja fixada em Ts enquanto que a temperatura no ambiente externo eacute Te Neste caso a equaccedilatildeo pode ser colocada na seguinte forma
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Na condiccedilatildeo de fluxo maacuteximo temos que o raio r3 eacute igual ao criacutetico (rcr) portanto
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Exercicio
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
bull Observamos que quando o cabo estaacute isolado com espessura correspondente ao raio criacutetico o fluxo de calor dissipado eacute 22 maior do que sem nenhuma isolaccedilatildeo A figura aanterior mostra graficamente a variaccedilatildeo do fluxo de calor dissipado com a espessura isolante
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Exercicio 1
bull Queremos determinar a condutividade teacutermica de um material agrave base de borracha Para isto construiacutemos uma caixa em forma de cubo de dimensotildees 1 m x 1 m com placas do referido material com 10 cm de espessura Dentro da caixa colocamos uma resistecircncia eleacutetrica de dissipaccedilatildeo 1 KW Ligada a resistecircncia e aguardado o equiliacutebrio teacutermico mediram-se as temperaturas nas superfiacutecies interna e externa do material e achamos respectivamente 150 e 40 oC Qual eacute o valor da condutividade teacutermica do material
bull a) em unidades do sistema meacutetrico bull b) em unidades do sistema inglecircs bull DADO 1 KW = 3413 Btuh = 860 Kcalh
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
Exerciacutecio 2
bull Uma parede de um tanque de armazenagem de aacutecido deve ser construiacuteda com revestimento de chumbo 18 de espessura ( k= 20 BtuhftoF ) uma camada de tijolo isolante de siacutelica ( k=05 BtuhftoF ) e um invoacutelucro de accedilo de 14 de espessura ( k= 26 BtuhftoF) Com a superfiacutecie interna do revestimento de chumbo a 190 oF e meio ambiente a 80 oF a temperatura da superfiacutecie externa do accedilo natildeo deve ser maior que 140 oF de modo a evitar queimaduras nos trabalhadores Determinar a espessura do tijolo refrataacuterio de siacutelica se o coeficiente de peliacutecula do ar eacute 2 Btuhft2oF
