Modo de Aplicação de Isolamentos

Isolamento Térmico



Fonte: The Dow Chemical Company

Video ROOFMATE:

http://www.youtube.com/watch?v=WGbE5SBQj84

http://www.youtube.com/watch?v=reWSVmNlofY

Video STYROFOAM:

http://www.youtube.com/watch?v=yTUSFGHuF0s

Video FLOORMATE:

http://www.youtube.com/watch?v=6yalQF3T5j4

Bibliografia e Cibergrafia

SALMONI, Renato; “Transmissão do Calor”. In Transmissão do Calor; Editora Mestre Jou


VENTURA, Graça; FIOLHAIS, Manuel; FIOLHAIS, Carlos; PAIVA, João; FERREIRA, António José; “Energia no Aquecimento/Arrefecimento de Sistemas”. In 10 F A; Texto Editores


“Lei de Fourier”. In Infopédia; Porto: Porto Editora, 2003-2009


“Condução Térmica”. In Wikipédia [consultado em 2009-04-02]. Disponível na www:


CAMELO, Susana Maria Lasbarrères; “Massa e Inércia Térmica”. In Estudo do Comportamento Térmico de Edifícios em Portugal no Período de Verão; Lisboa, Dezembro de 1995



Decreto-lei n.º 80/2006 de 04 de Abril - Regulamento das Caracteristicas de Comportamento Termico dos Edificios



Castro, Alberto Gomes; “Ciência e Tecnologia dos Materiais”; UTAD; Dezembro 1988



Chang, Raymond; “Química”, 8.ª Edição; 2005





Smith, William F.; "Príncipios de Ciência e Engenharia dos Materiais", 3.ª Edição; McGraw-Hill





Jr. Callister, William D.; "Fundamentos da Ciência e Engenharia de Materiais.", 2.ª Edição; LTC





Saint-Gobain Glass Portugal : http://pt.saint-gobain-glass.com/b2c/default.asp?nav1=ac

Isomon: http://www.isomon.com.br/index.php

ISOCOR, A.C.E.: http://www.isocor.pt/pt/index.htm

Sotecnisol: http://www.sotecnisol.pt/index.php

Materiais para Isolamento Térmico - Fibra Cerâmica - Papel

O papel de fibra cerâmica é um material refractário de baixo peso processado a partir de uma mistura de fibras de sílica e alumina de alta pureza numa folha uniforme, altamente flexível. É recomendável para uso contínuo sob temperatura até 1650ºC (3000ºF). O papel de fibra cerâmica apresenta baixa retracção, boa resistência à manipulação e baixa condutividade térmica. Ele contém um pequeno teor de aglutinante orgânico para o processamento, o que o torna flexível e ainda reduz a libertação de gases e de odores durante o uso. O produto apresenta uma estrutura altamente uniforme devido ao controle de seu peso básico e da espessura, assegurando condutibilidade térmica homogénea e uma superfície lisa ideal para fabricação de juntas e para vedação. O papel de fibra cerâmica é completamente isento de amianto e é projectado para ser um substituto económico do papel de amianto na maioria das aplicações. O papel é fácil de manusear e pode ser cortado rapidamente por uma faca, tesoura ou matrizes de corte de aço comum. Sua flexibilidade permite que ele seja dobrado e enrolado para adaptar-se às configurações mais complexas.

Características

Fácil de cortar e enrolar.

Estabilidade térmica.Baixa condutibilidade térmica.

Baixo armazenamento de calor.

Resiliência.

Baixo peso.

Resistente a choques térmicos.

Boa resistência dielétrica.

Alta resistência à tracção sob fogo.

Boa resistência a chamas.

Aplicações

Substituição de papel de amianto.

Isolante para moldes no processo de “cera perdida”.

Aplicações com uso de isolamento descartável.

Revestimento exterior de canaletas metálicas.

Revestimento de massalotes (em lingoteiras) Aplicações onde é exigido baixo teor de aglomerante.

Isolamento térmico e elétrico.

Melhoria de produtos de papel e manta de fibra de vidro.

Materiais para Isolamento Térmico - Fibra Cerâmica - Tampas de Panelas de Fundição

As tampas de panelas de fundição de fibra cerâmica são projectadas para suportar as duras condições de trabalho de uma panela de aço. O produto tem desempenho melhor do que uma tampa feita com refractário rígido devido às características das fibras cerâmicas.

Vantagens

Maior vida útil e maior carga de material fundido.

As reparações da panela são mais fáceis e rápidos.

Menores custos de manutenção e de reparação.

Peso menor.

Características

Baixa condutibilidade térmica.

Baixo armazenamento de calor.

Alta resistência a choques térmicos.

Resistência a temperaturas de até 1480ºC (2700ºF).

Tamanhos quase ilimitados.

Não exigem tempos de secagem e de cura.

Materiais para Isolamento Térmico - Térmico Macromódulo

Macromódulo é um sistema de revestimento monolítico de fibra cerâmica usado para retenção de calor até 1482ºC (2700ºF). Este produto inovador é totalmente pré-fabricado sem costuras, de acordo com nossas especificações, em módulo de uma só peça. As peças pré-fabricadas são usadas em muitas aplicações industriais para resolver problemas específicos de refractários e isolamento térmico, reduzindo o tempo de instalação e melhorar o desempenho a longo prazo.

Vantagens

Excelente eficiência térmica, menos calor é conduzido pelos pinos de ancoragem para as superfícies frias.

Isento de juntas; o resultado é um sistema mais durável.

Elemento pré-fabricado em uma só peça: a instalação é mais rápida.

Materiais para Isolamento Térmico - Fibra Cerâmica Placa e Moldados

Placas: a placa de fibra cerâmica é um material refractário processado de baixo peso com fibras de sílica e alumina para aplicações em temperaturas de até 1650ºC (3000ºF). A placa é um produto formado a vácuo que resiste melhor a gases em altas velocidades em relação as mantas de fibra cerâmica. É ideal para o revestimento de chaminés, fornalhas e caldeiras por causa de sua baixa condutibilidade térmica e baixa retenção de calor, permitindo menores tempos de ciclo e acesso mais rápido para manutenção.

Pré-formados: os pré-formados especiais em fibra cerâmica estão disponíveis em uma ampla variedade de configurações.

Características

Baixa condutividade térmica, economiza combustível.

Baixo armazenamento de calor, aquecimento e arrefecimento mais rápidos, reduzindo a duração dos ciclos.

Excelente resistência ao choque térmico.

Resistente à erosão por gases quentes.

Resistentes à maioria dos ataques químicos.

Fácil de cortar, manusear e instalar.

Baixa transmissão de sons.

Resistente à penetração de alumínio fundido e outros metais não ferrosos.

Não contém amianto.

Aplicações

Revestimento refractário de paredes, tectos, portas, chaminés, etc. de fornalhas industriais.

Revestimento de câmaras de combustão de caldeiras e aquecedores.

Isolamento térmico externo para tijolos e refractários monolíticos.

Transferência de alumínio fundido e de outros metais não ferrosos.

Placas de juntas de expansão.

Barreira contra chamas ou calor.

Camada de faces quentes em fornalhas sujeitas à abrasão e a gases em alta velocidade.

Materiais para Isolamento Térmico - Fibra Cerâmica Módulo

Os módulos têm o coeficiente de isolamento térmico mais alto possível com uso de fibras cerâmicas. Cada módulo é feito de uma manta contínua dobrada em U, formando um empilhamento de alinhamento vertical e sob pressão. Os módulos de revestimento evitam as perdas de calor, aumentando a produtividade do forno e diminuindo os custos de manutenção.

Aplicações

Em refinarias e petroquímicas, na siderurgia, na indústria cerâmica, na geração de energia elétrica, entre outros.

Materiais para Isolamento Térmico - Fibra Cerâmica - Manta

A manta de fibra cerâmica é composta de fibras flexíveis entrelaçadas. São fabricadas por um processo que proporciona uma manta forte, leve e durável para aplicações na faixa de temperatura de 538ºC (1000ºF) a 1482ºC (2700ºF). A manta possui a resistência térmica de um refractário sólido com um valor de isolamento muito melhor e as seguintes características.

Características

Baixa condutibilidade térmica.

Baixo armazenamento de calor.

Resistência muita alta à tracção .

Resistência ao choque térmico.

Absorção de ruído.

Permite reparos rápidos. Se ocorrer dano no revestimento, o forno pode ser arrefecido rapidamente.

Não contêm aglomerantes, nem provoca fumo e contaminação da atmosfera do forno.

Não contém amianto.

Não exige tempo para cura ou secagem; o revestimento pode ser levado à temperatura normal de operação imediatamente.

Aplicações

Em refinarias, na siderurgia, na indústria cerâmica, na geração de energia eléctrica, entre outros.

Materiais Para Isolamento Térmico - Vidro

O vidro é uma substância inorgânica, homogênea e amorfa, obtida através do resfriamento de uma massa líquida a base de sílica.
Em sua forma pura, vidro é um óxido metálico superesfriado transparente, de elevada dureza, essencialmente inerte e biologicamente inativo, que pode ser fabricado com superfícies muito lisas e impermeáveis. Estas propriedades desejáveis conduzem a um grande número de aplicações. No entanto, o vidro é frágil, quebrando-se com facilidade
Este tipo de material é utilizado nas janelas e em conjunto com as caixilharias em alúminio ou em PVC, o vidro deve ser duplo e devidamente isolado de acordo com o esquema da figura seguinte:

O vidro duplo de Isolamento Térmico Reforçado SGG CLIMAPLUS N é o coração da gama de vidro duplo da Saint-Gobain Glass.

Materiais Para Isolamento Térmico - Argila Expandida

A argila expandida é um agregado leve de formato esférico, com uma estrutura interna formada por uma espuma cerâmica com microporos e uma superfície rígida e resistente.

As suas principais características são:

• Leveza, resistência, incombustibilidade, estabilidade dimensional e excelentes propriedades de isolamento térmico e acústico.


• Não inflamável, inodoro, electricamente neutro e hipoalergénico.


• Resistente, leve e inalterável com o tempo.


• Económico e de fácil aplicação.

Materiais Para Isolamento Térmico - Cortiça

O aglomerado negro de cortiça expandida é um produto natural que tem a sua origem num tipo muito específico de cortiça - a FALCA, que é a cortiça proveniente das operações de poda e desbaste dos sobreiros.

Este produto deriva de uma matéria prima renovável, uma vez que a FALCA é extraída do sobreiro sem que este sofra qualquer dano ou abate. A manutenção da floresta de sobro, é uma actividade ecológica pois contribui para a manutenção e conservação de um ecossistema extremamente frágil e único.

O aglomerado negro de cortiça expandida, é um produto vegetal com excelentes propriedades de isolamento (térmico, acústico e vibrático), em cuja produção não são utilizados quaisquer agentes sintécticos, sendo apenas utilizado vapor de água. A não utilização de qualquer agente sintéctico, contribuí para a manutenção das suas propriedades físicas e mecânicas, por um periodo de tempo indeterminado.

Uma vez que não é perecível, este produto, revela-se como uma fonte economizadora de recursos naturais e económicos. No fím da sua vida útil, este produto, pode ser reciclado, com vista à sua utlização em outros fins.

Materiais Para Isolamento Térmico - Lã de Rocha

Este é um material idêntico, quer em características quer em aplicações à lã de vidro. A lã de rocha é uma fibra mineral composta por fibras silicosas (Na2O+K2O+Ca+MgO+BaO) obtidas por centrifugação a altas temperaturas: provém de fibras minerais de rocha vulcânica aquecidas a uma temperatura de cerca de 1600° C. Além de não reter a água, uma vez que possui uma estrutura não capilar, as alterações perante eventuais condensações são nulas. A somar aos excelentes níveis de isolamento térmico e acústico, a lã de rocha é um material incombustível, inócuo e perene. Este material é utilizado na indústria da construção para o isolamento exterior e interior e coberturas. No nosso país, a lã de rocha está presente nas construções com a técnica Light Gauge Steel Framing (aço galvanizado leve). Esta técnica construtiva baseia-se na utilização do aço como elemento construtivo de pilares e outras infra-estruturas às quais vão sendo adicionados elementos pré-fabricados (para a instalação de paredes, coberturas, isolamento, instalações eléctricas e sanitárias, entre outras).

Materiais Para Isolamento Térmico - Polietileno Expandido

O Polietileno expandido é um material eficaz para vedação e isolamento térmico em construções em geral
As placas de polietileno expandido, através do seu processo de expansão, mantém no seu interior, um colchão de ar que inibe a absorção do calor pelos materiais como telhas, forros, paredes, etc. Uma camada de alumínio especial, acoplada à placa de polietileno expandido, impede a passagem dos raios infra-vermelhos (fonte de energia que gera calor), reduzindo assim a absorção de calor pelos materiais. As placas de polietileno expandido com alumínio especial acoplado, actuam como uma barreira contra o calor por radiação, pois tem alto poder de reflexão.

Aplicações

• Fácil aplicação, podendo ser aplicado durante a obra ou depois de acabada;
• Baixo custo, tanto de produto quanto de aplicação;
• Total impermeabilidade;
• Longa durabilidade;
• Não sofrem ataques de insectos ou roedores.

Materiais Para Isolamento Térmico - Poliestireno

O poliestireno é um homopolímero resultante da polimerização do monómero de estireno.
À temperatura ambiente, o poliestireno apresenta-se no estado sólido. Trata-se de uma resina do grupo dos termoplásticos, cuja característica reside na sua fácil flexibilidade ou moldabilidade sob a acção do calor. Os processos de moldagem do poliestireno são principalmente a termoformagem a vácuo e a extrusão. Sob a acção do calor, a resina toma a forma líquida ou pastosa, moldando-se com facilidade em torno de um molde. Com o arrefecimento após a moldagem, o produto readquire o estado sólido, na forma de peças tais como copos descartáveis, lacres de barril de cerveja e tantas outras peças de uso doméstico ou de embalagens.
É um termoplástico duro e quebradiço com transparência cristalina, semelhante ao vidro, e foi descoberto acidentalmente em 1839 por Eduard Simon, um farmacêutico em Berlim, a partir de uma resina de âmbar destilada.
Existe, também, um processo específico de polimerização do estireno, que emprega um gás de expansão - normalmente, o pentano - gerando o poliestireno expandido, conhecido mundialmente pela marca Isopor ® - marca registrada que pertencia a BASF no Brasil e, actualmente, é propriedade da empresa KNAUF Isopor Lda. Em Portugal, o poliestireno é mais conhecido por esferovite.

Características

As suas principais características são:

· Fácil processamento por moldagem a quente;
· Fácil coloração;
· Baixo custo;
· Elevada resistência a bases e ácidos;
· Baixa densidade e absorção de humidade;
· Baixa resistência a solventes orgânicos, calor e intempéries.

Existem quatro tipos básicos de poliestireno: PS cristal, PS resistente ao calor, PS de alto impacto e PS expandido
Estas resinas adquiriram grande importância industrial no início da segunda guerra mundial e, actualmente, é um dos termoplásticos mais consumidos sendo utilizado em processos de moldagem por injecção, sopro, termoformação, laminagem, modificados com cargas minerais e fibras de vidro adquirindo características de plásticos de engenharia.

Matérias-Primas e Fabricação

O monómero para a produção do poliestireno é o estireno, que quimicamente é um hidrocarboneto aromático insaturado de fórmula C6H5C2H3. O estireno é um líquido, com ponto de ebulição 145°C e ponto de solidificação -30,6°C. Quando puro é incolor apresenta um odor agradável e adocicado. Pode ser obtido industrialmente a partir de vários processos, no entanto, o mais utilizado consiste na desidrogenação do Etil-Benzeno.
O etil-benzeno é obtido a partir da alquilação do benzeno por reação com o etileno, na presença de um catalisador, como por exempo: cloreto de alumínio (AlCl3). A desidrogenação do etil benzeno é provocada pela acção do calor, na presença de óxidos metálicos, tais como o óxido de zinco, cálcio, magnésio, ferro ou cobre. A temperatura do sistema deve ser entre 600°C a 800°C. A reação é endotérmica e a pressão é reduzida pois ela dá-se com o aumento de volume.

Aplicações

São usadas em isolamentos térmicos de:
· Paredes duplas;
· Fachadas;
· Pisos;
· Coberturas;
· Embalagens.

Processo de reciclagem

Fluxo Térmico - Inércia Térmica

A inércia térmica permite-nos estabelecer uma ligação entre a massa térmica e a velocidade da onda térmica que controla a temperatura de uma superfície. Se quisermos definir, por exemplo, a inércia térmica de um edifício, podemos faze-lo descrevendo-a como sendo a resistência oferecida à modificação do estudo térmico pelos elementos constituintes massivos, e que consiste no facto de aqueles elementos possuírem capacidade de armazenar calor quando os ganhos são elevados e de, posteriormente, devolvê-lo em função da temperatura do ar interior. (1) Ou seja, a inércia térmica é a capacidade que o elemento tem de manter a sua temperatura quando a temperatura ambiente varia.

(1) CAMELO, Susana Maria Lasbarrères; “Massa e Inércia Térmica”. In Estudo do Comportamento Térmico de Edifícios em Portugal no Período de Verão; Lisboa, Dezembro de 1995

Condução de Calor

No processo de condução a energia é transferida por interacções, a nível microscópico, das partículas constituintes da matéria (gasosa, líquida ou sólida), sem que haja qualquer transporte material. Na condução térmica, os corpúsculos do meio material agitam-se mas afastam-se pouco das suas posições de equilíbrio.(1)
Há condução de calor quando há transferência de energia através de um meio material onde existem zonas a diferentes temperaturas. A lei de condução de calor ou Lei de Fourier constitui uma lei empírica, isto é, estabelecida a partir da experiência e descreve a teoria da condutibilidade calorífica em regimes de temperaturas estacionárias e variáveis (…) (2), traduzindo-se pela seguinte equação:

A expressão acima aplica-se ao caso unidimensional, quando há gradiente de temperatura apenas na direcção x.
Querendo calcular o fluxo de calor por condução entre duas superfícies e conhecendo as suas temperaturas, procedemos à integração da equação anteriormente apresentada:

k - condutividade do material (3)

Uma maior condutividade implica uma maior transferência de calor.

(1) VENTURA, Graça; FIOLHAIS, Manuel; FIOLHAIS, Carlos; PAIVA, João; FERREIRA, António José; “Energia no Aquecimento/Arrefecimento de Sistemas”. In 10 F A; Texto Editores
(2) “Lei de Fourier”. In Infopédia; Porto: Porto Editora, 2003-2009

(3) “Condução Térmica”. In Wikipédia. Disponível na www:

Transmissão de Calor

Quando um sistema a uma dada temperatura interactua com outro a temperatura diferente, a sua energia interna varia através da transferência de energia como calor.
Hoje em dia, nós sabemos que o calor é uma forma particular de energia, cuja abundância num determinado corpo de dimensões muito superiores às atómicas se manifesta por sensações tácteis ou pelo potencial termodinâmico; no campo das dimensões moleculares, o calor é dado pela energia cinética dos átomos e das moléculas (…) (1)
Num corpo sólido, os átomos encontram-se em posições de equilíbrio determinadas pelo retículo cristalino, ao redor das quais eles podem oscilar. As suas vibrações são tanto mais intensas quanto maior a temperatura do corpo. É evidente que se aumentarmos a propagação por ressonância e a energia sob a forma de calor, transmitir-se-á das partes mais quentes para as mais frias. Após tempo suficiente para o equilíbrio atingido, teremos uma temperatura uniforme no corpo todo. (2) O processo de transferência de energia entre sistemas materiais pode dar-se através de três tipos de mecanismos: radiação, condução e convecção.

Tendo em conta o objectivo do trabalho, torna-se importante fazer uma breve focagem a um destes três mecanismos: a condução de calor.

(1) e (2) SALMONI, Renato; “Transmissão do Calor”. In Transmissão do Calor; Editora Mestre Jou

Porquê o Isolamento Térmico?

“Toda a ciência começa como filosofia e termina em arte.”
Will Durant, “História da Filosofia”

Assim como a citação acima referida o menciona, a ciência começa em filosofia e termina em arte. Entusiasma-nos o facto de um amplo conhecimento em conceitos físicos, que passam pela “simples” definição de calor até a definição de inércia térmica, poderem ter um tão vasto impacto no quotidiano do mais vulgar cidadão. Porque não pegar nos conhecimentos sobre Física adquiridos ao longo de décadas e aplica-los no melhoramento do nosso dia-a-dia?
Com a realização deste trabalho, tencionamos desvendar um pouco do que está por detrás do Isolamento Térmico. Pretendemos indicar alguns conceitos inerentes a este tema, exemplos de materiais isolantes, o seu funcionamento e aplicações práticas. Pensamos serem os elementos-chave para se atingir o objectivo do trabalho: compreender em que consiste o Isolamento Térmico.

Termo de Abertura

Este blog é criado para dar a conhecer o nosso trabalho sobre Materiais para Isolamento Térmico, na disciplina de Ciência e Engenharia dos Materiais, ministrada no segundo semestre do primeiro ano do curso de Engenharia Mecânica da FEUP.

O trabalho foi elaborado pelos alunos: F. Andrezo, J. Amorim e J. Marques