NOÇÕES TÉCNICAS
ArmWin AS – Referência técnica
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Fator 
Armaflex com revestimento exterior adicional
Métodos de cálculo
Controlo da condensação
Condução
Convecção
Temperatura do ponto de orvalho
Poupança de energia em tubagens ou superfícies planas isoladas
Espessura Técnica Crescente
Coeficiente superficial externo
Espuma elastomérica flexível
Fluxo de calor
Coeficiente superficial interno
Comportamento a longo prazo
Unidades saxónicas / métricas
Temperatura superficial externa
Unidades de permeabilidade
Unidades de pressão
Impedir o congelamento da água estagnada numa tubagem
Radiação
Humidade relativa
Capacidade calorífica
Estado estacionário
Coeficiente superficial de transmissão de calor
Alteração da temperatura de um fluido em movimento
Unidades de temperatura
Condutibilidade térmica
Isolamento térmico
Resistência térmica
Resistividade térmica
Transmitância térmica
Barreira de vapor de água
Permeabilidade ao vapor de água
Permeância ao vapor de água
Resistência ao vapor de água
Todos os cálculos foram realizados com ArmWin AS V1.0, o programa de cálculo desenvolvido pela Armacell, e
estão baseados na norma ISO EN 12241:1998. Os cálculos de difusão dos vapores de água foram
desenvolvidos pelo Dr. Ernest W. Behrens: Bauphysik 25/1(2003), pp. 35-38, e 26/4 (2004), p.204.
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Todas as afirmações e informações técnicas estão baseadas em resultados obtidos em condições normais. É da responsabilidade do recetor
comprovar connosco que as informações são adequadas para o uso específico que fará das mesmas. Os dados e informações são fornecidos como
serviço técnico e estão sujeitos a alterações, sem aviso prévio.
NOÇÕES TÉCNICAS
Fator µ - Resistência à difusão do vapor de água
O fator µ, de resistência à difusão do vapor de água, obtém-se dividindo a permeabilidade do vapor de água do
ar, pela permeabilidade ao vapor de um material poroso.
Estes valores terão relação com os diferentes mecanismos que se utilizam para estudar a transferência do
vapor de água através do material poroso, que podem ser a humidade por volume ou a pressão parcial do
vapor de água. Os valores obtidos também dependerão da temperatura.
Para ar a 0 ºC, a permeabilidade do vapor de água é:
658,07 · 10-9 kg/(m·h·Pa).
Fator µ - Resistência à difusão do vapor de água
O fator de resistência à difusão do vapor de água, vulgarmente conhecido como fator µ, é um número
adimensional que descreve a capacidade de um material resistir à passagem do vapor de água, em comparação
com a do ar.
Consequentemente, um fator µ elevado = alta resistência à transmissão do vapor de água.
Quando se comparam diferentes produtos e estes têm o mesmo fator , a espessura equivalente do ar deve ser
sempre a mesma.
Por exemplo:

µ = 10 000 d = 0,014 m -> µ·d = 140 m

µ = 7000 d = 0,020 m -> µ·d = 140 m

µ = 5000 d = 0,028 m -> µ·d = 140 m

µ = 3000 d = 0,047 m -> µ·d = 140 m
Como indica este exemplo, quanto menor for o fator µ maior será a espessura do isolamento necessária para
permitir a mesma difusão de vapor de água.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Armaflex com revestimento exterior adicional
Nos campos de transformações industriais, refrigeração e ar condicionado, para poder evitar a condensação é
necessário utilizar uma espessura de isolamento tal, que a temperatura da superfície do isolamento esteja, no
mínimo, à temperatura de ponto de orvalho do ambiente. Dado que a diferença de temperatura entre o interior
frio (ou superfície) e o ar ambiente quente também provoca uma diferença na pressão parcial, é necessário
minimizar a difusão do vapor para o isolamento.
O Armaflex utiliza uma estrutura de célula fechada que oferece alta resistência à difusão do vapor de água,
minimizando, assim, o efeito prejudicial que este processo tem sobre a eficácia do isolamento.
Na prática, por vezes aplica-se um revestimento adicional sobre o isolamento Armaflex. Neste caso, a
espessura do isolamento dos materiais elastoméricos deve aumentar por influência do coeficiente superficial de
transmissão de calor.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Métodos de cálculo
São utilizados os seguintes métodos de cálculo:
» Controlo da condensação
»
Temperatura superficial externa
»
Transmitância térmica
»
Fluxo de calor
»
Alterações na temperatura do fluido em movimento
»
Alterações na temperatura do fluido estado estatcionário
- calcular o tempo
- calcular a alteração da temperatura
»
Prevenção do congelamento de água estagnada em tubagens
»
Comportamento a longo prazo
»
Poupança de energia
Regras de cálculo
» EN ISO 12241:1998
» Isolamento térmico de equipamentos de construção e instalações industriais – Regras de cálculo (Thermal
insulation for building equipment and industrial installations - Calculation rules)
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NOÇÕES TÉCNICAS
Controlo da condensação
É possível evitar a formação de condensados. Para isso, o isolamento deve ter uma espessura suficiente que
permita à temperatura da sua superfície ser superior à temperatura do ponto de orvalho, inclusive nos pontos
críticos (pontes térmicas).
A espessura mínima necessária do isolamento determina-se com as seguintes variáveis:






Temperatura mínima da linha
Temperatura máxima ambiente
Humidade relativa máxima
Coeficiente superficial exterior
Coeficiente superficial interior (para gases)
Condutibilidade térmica do isolamento nas condições de temperatura específicas
A espessura nominal crescente tem um papel importante no dimensionado.
Quando se aplica um sistema adicional, por exemplo, revestimento de alumínio ou chapa, a um isolamento
AF/Armaflex corretamente dimensionado, produz-se uma alteração na temperatura superficial do isolamento. A
temperatura superficial do Armaflex diminui, isto é, a temperatura crítica do ponto de orvalho (zona de
penetração da humidade) desloca-se para o filme de ar exterior adjacente.
Condução
O calor é a transmissão de energia entre dois sistemas em contacto e deve-se, unicamente, a uma diferença
entre as temperaturas. Existem três mecanismos conhecidos para a transmissão de calor e, conforme as
circunstâncias, podem dar-se separada ou simultaneamente.



Condução
Convecção
Radiação
A condução é a transmissão de calor numa matéria sólida quando existe diferença de temperatura. A
transmissão da energia realiza-se mediante o movimento das moléculas e partículas que constituem o sólido.
A condutibilidade térmica é a medição da transmissão de calor através do material. Geralmente, os metais são
bons condutores.
O cobre tem uma condutibilidade térmica de 400 W/(m.K).
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NOÇÕES TÉCNICAS
Temperatura do ponto de orvalho
A temperatura do ponto de orvalho, também conhecida como temperatura de saturação, é a temperatura com
a qual o ar fica saturado com vapor de água, e a água transforma-se em condensação se a temperatura do ar
continuar a baixar.
O ar quente é capaz de absorver mais água que o ar frio.
A uma certa temperatura e com um determinado conteúdo de vapor de água, o ar arrefece quando se encontra
perto de uma tubagem que tem uma temperatura inferior à do ar. Dado que a quantidade de vapor de água
presente não diminui à medida que o ar arrefece, o ar fica saturado a 100% com vapor de água quando alcança
uma certa temperatura.
Se o ar continua a arrefecer à volta do objeto, uma parte da água deixará de ser absorvida em forma de vapor
de água e converter-se-á em água líquida. Como resultado, forma-se a condensação.
 = + 22 °C
 = + 19,4 °C
 = + 22 °C
HR = 85%
HR = 100%
HR = 100%
No caso de instalações de refrigeração, isto significa que o isolamento deve ter uma espessura que não permita
que a temperatura decresça abaixo da temperatura de ponto de orvalho, em nenhuma parte da superfície.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Convecção
A transmissão do calor, mediante o movimento de partículas de fluidos, é conhecido como convecção. Um
líquido ou um gás aquece quando entra em contacto com uma superfície quente e logo se desloca
transportando consigo o calor dentro das partículas.
A transmissão do calor através da convecção pode ser um processo forçado ou natural. Uma convecção forçada
requere um motor externo como, por exemplo, uma bomba, um agitador ou um ventilador. O efeito arrefecedor
do vento é, também, um exemplo de convecção forçada.
A convecção natural é a transmissão de calor entre um sólido e um líquido, e deve-se, principalmente, à
diferença de temperaturas entre os dois corpos. O movimento do líquido deve-se, fundamentalmente, à
flutuabilidade natural que gera a alteração na densidade do líquido perto da superfície.
O fluxo no meio líquido pode ser laminar ou turbulento e afetará o coeficiente de transmissão do calor. Mesmo
assim, a forma e a orientação do sólido afetam o tipo de fluxo.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Poupança de energia em tubagens ou superfícies planas isoladas
Os projetistas, frequentemente, exigem uma estimativa do futuro consumo energético de uma instalação de
aquecimento. O consumo energético depende, entre outros fatores, da espessura do isolamento que se está a
utilizar. Quando se conhecem os valores calorimétricos do combustível (gás ou gasóleo) e se introduzem na
folha de cálculo juntamente com o preço unitário do gasóleo, gás ou eletricidade, o ArmWin AS calculará a
poupança energética correspondente ao período de tempo especificado, em comparação com uma tubagem ou
depósito sem isolamento. O período é formado pelo tempo de funcionamento do sistema de aquecimento:
anos, dias de funcionamento por ano (época na qual se necessita do aquecimento) e horas de trabalho por dia
(número médio de horas durante toda a temporada de aquecimento). A poupança energética calcula-se em
termos de poupança da quantidade de combustível ou energia elétrica em kW/h ao longo do período indicado.
Estas poupanças também se convertem em poupança direta de custos, aplicando o preço do combustível ou da
eletricidade, conforme o caso.
Para mais informação sobre o potencial de poupança graças ao isolamento de tubagens, por favor, contate o
Serviço Técnico da Armacell.
Espessura técnica crescente
A coquilha AF/Armaflex, concebida, especialmente, para evitar a condensação em instalações de frio, fabrica-se
de tal forma que, para uma determinada espessura de parede nominal, aumenta-se a espessura real da parede
à medida que aumenta o diâmetro da tubagem. Assim, para umas determinadas condições, aumenta-se a
espessura da parede para conservar a temperatura exterior do isolamento.
Nas seguintes condições:

Temperatura ambiente: 22 °C

Temperatura da linha: 6 °C

Humidade relativa: 85 %
O ponto de orvalho é de 19,4 °C.
A espessura mínima do isolamento necessária para aumentar a temperatura da superfície externa acima do
ponto de orvalho é: (coeficiente superficial exterior de 9 W/(m² · K))
Diâmetro exterior da tubagem
mm
Espessura do isolamento
mm
15
12,3
22
13,3
42
14,9
60
15,7
89
16,5
114
17,0
A espessura da parede dos tubos AF-F cumpre com os requisitos acima indicados. As espessuras técnicas
crescentes eliminam a necessidade de ter que calcular a espessura correta do isolamento para cada diâmetro
de tubagem.
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NO
OÇÕES TÉCNI
ICAS
Coeficiiente supe
erficial extterior
Geralmen
nte admite-se o uso dos seg
guintes valore
es, ou coeficie
entes superficiiais externos, para calcular as
condições
s normais (intterior e exterio
or) que tenham sido isolada
as com:
SH/Armaflex
cinza, sem
m pintar e/ou pintado com tinta Armafinish 99
10 W/(m²·K)
AF/Arma
aflex, NH/Arrmaflex e HT
T/Armaflex
negro, se
em pintar e/ou
u pintado com
m tinta Armafin
nish 99
9 W/(m²·K)
Revestimentos metálic
cos, p. ex., galvanizado
7 W/(m²·K)
Superfície
es metálicas brilhantes,
b
p. ex., alumínio ou inox
5 W/(m²·K)
Sem isola
amento
18 W/(m²·K)
Calcular o "Controlo da condensação":
Os valore
es mais altos, corresponden
ntes ao coeficiiente superficiial exterior, que se geram q
quando existe
em
movimentos de ar (con
nvecção forçada) não podem ser utilizados como base
e para os cálcu
ulos, devido a que as
espessura
as do isolamento calculados desta forma
a teriam uma resistência ina
adequada à difusão do vapor de
água (vallor µ). Uma co
onvecção resttringida devida
a a “zonas con
ngestionadas”” (muito pouco
o espaço, cav
vidades
com má ventilação)
v
prrovocará coeficientes de sup
perfície extern
na mais baixos. Em tais cas
sos, é necessá
ário
realizar um
u cálculo de acordo com a norma ISO 12241:1998.
1
Espum
ma elastom
mérica flexível (FEF)
d célula fechada fabricada com borracha sintética, co
om outros políímeros e prod
dutos químicos
s que
Espuma de
podem se
er modificados
s com aditivos
s orgânicos ou
u inorgânicos.
Fluxo de
d calor
Na prática, para conseguir uma poupança energé
ética, muitas vezes
v
é necess
sário não superar um deterrminado
fluxo de calor.
c
Os dois valores
v
obriga
atórios são:

Coe
eficiente supe
erficial externo
o

Coe
eficiente supe
erficial interno
o
A quantid
dade de fluxo de calor é o ín
ndice do fluxo
o de calor por unidade de su
uperfície afeta
ada. A unidade é
W/m².
Na tecnollogia do isolam
mento, o fluxo
o térmico está
á relacionado com a superfíície do sistema de isolamen
nto.
O fluxo de calor linear é a quantidad
de de calor div
vidido pelo comprimento. A unidade é W
W/m.
Armace
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armacell.com
Todas as afirmações e informa
ações técnicas estã
ão baseadas em re
esultados obtidos em condições normais. É da responsabilidade do rece
etor
comprovar connosco
c
que as in
nformações são ad
dequadas para o us
so específico que fará
f
das mesmas. Os dados e inform
mações são fornecidos como
serviço técnico e estão sujeito
os a alterações, sem aviso prévio.
NOÇÕES TÉCNICAS
Coeficiente superficial interno
Segundo a EN ISO 12241, o coeficiente superficial interno de um meio fluido (líquido) é muito alto e pode ser
omitido no caso de fluidos em tubagens.
Valor aproximado: 1000 W/(m²·K)
No entanto, deve ter-se em conta para tubagens e condutas de ventilação. Em tais casos, o cálculo deve ser
realizado de acordo com a EN ISO 12241.
Valor aproximado: 30 W/(m²·K) (gasoso)
Comportamento a longo prazo de isolamentos para baixas temperaturas
A função mais importante de um isolamento para baixa temperatura, é a de evitar a condensação e minimizar a
perda energética durante a vida útil da instalação. Ao selecionar e determinar a espessura do isolamento para
baixa temperatura, é necessário ter em conta que no decorrer da vida útil, as perdas energéticas podem
aumentar de forma importante devido à penetração da humidade.
Consequentemente, um sistema de isolamento fiável deve contar com uma proteção contra a penetração
prejudicial da humidade. Com cada % de conteúdo de humidade, a condutibilidade térmica aumenta e o efeito
isolante deteriora-se, dando como resultado não só uma maior perda energética, mas também uma descida da
temperatura da superfície. Se esta desce abaixo da temperatura do ponto de orvalho, gerar-se-á condensação.
Só se a condutibilidade térmica do isolamento não aumentar de forma significativa devido à penetração de
humidade, se poderá garantir que a temperatura da superfície permanecerá acima do ponto de orvalho,
inclusive depois de muitos anos de funcionamento.
A quantidade de humidade que pode penetrar no isolamento como resultado da difusão do vapor, depende da
resistência à difusão do vapor de água (fator µ) do isolamento. Quanto mais baixo for o fator µ de um
isolamento, maior será o conteúdo de humidade; consequentemente, as perdas energéticas aumentarão com
os anos. É importante ter em conta este dado no momento de selecionar o isolamento.
Em condições normais, a probabilidade de condensação de vapor de água no isolamento, com o consequente
aumento da condutibilidade térmica, é menor do que se imagina. Um dos motivos é que o cálculo da espessura
do isolamento necessário para evitar a condensação está baseado em condições ambientais máximas. No
entanto, há poucas probabilidades de que as condições de temperatura ambiental máxima e a humidade
máxima utilizadas para o cálculo aconteçam simultaneamente. Além disso, em casos extremos, é habitual em
aplicações para baixa temperatura – e também para poupar energia – utilizar uma camada de isolamento
ligeiramente maior do que é estritamente necessário para evitar a condensação.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Unidades saxónicas / métricas
1 polegada (in)
= 25,4 mm
1 pé (ft)
= 0,3048 m
1 jarda (yd)
= 1,609 km
1 milha náutica (nm)
= 0,9144 m
1 milha terrestre (EE.UU)
(stm)
= 1852 km
Temperatura superficial exterior
Por motivos de funcionamento, frequentemente estipula-se, na prática, que é necessário manter uma
determinada temperatura superficial, ou que a temperatura da superfície deve ser superior à de orvalho do
ambiente.
A temperatura superficial depende não somente da transmissão térmica, mas também das condições de
funcionamento que não podem ser garantidas nem determinadas pelo fabricante. Entre outros fatores, incluem-se: a temperatura ambiente, o movimento do ar, o estado da superfície do isolamento, o efeito dos corpos
radiantes adjacentes, as condições meteorológicas, etc. Além do mais, é necessário predeterminar as condições
de funcionamento. Utilizando todos estes parâmetros, será possível calcular a espessura do isolamento
necessária.
Unidades de permeabilidade
A unidade comum é: kg/(m · h · Pa)
As outras unidades são:
1 kg/(m×s×Pa)
= kg/(m×h×Pa) × 3600
1 kg/(m×s×Pa)
= µgm/(Nh) × 2,778 × 1013
1 kg/(m×s×Pa)
= gm/(s×MN) × 10-9
1 kg/(m×s×Pa)
= g/(m×h×mmHg) × 479,17 × 10-6
1 kg/(m×s×Pa)
= g/(m×s×bar) × 10-8
2,97 × 10-10 kg/(m×h×Pa)
= g/(m²×24h)
3,6 × 10-8 kg/(m×h×Pa)
= g/(MN×s)
0,52 × 10-8 kg/(m×h×Pa)
=
gr × in/(h×ft²×inHg)
"perm-in"
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NOÇÕES TÉCNICAS
Unidades de pressão
A unidade comum é Pa.
As outras unidades são:
1 bar
= 10-5 Pa
1 N/m²
= 1 Pa
1 kp/m²
= 9,81 Pa
1 Torr
= 133 Pa
Impedir o congelamento de água estagnada numa tubagem
É impossível impedir que se congele um líquido numa tubagem, embora esteja isolada, depois de um longo
período. O processo de arrefecimento inicia-se enquanto o líquido (normalmente água) se detém na tubagem.
O tempo que demora o líquido a congelar, depende do fluxo térmico e do diâmetro da tubagem. O fluxo de
calor de um líquido estático é determinado pela energia inicial armazenada no líquido, pelo material de
isolamento e pelo material da tubagem, bem como pelo calor latente na transição de água a gelo (neste caso).
Em princípio, a congelação da secção de um tubo não deve produzir-se, dado que as secções dos tubos estão
adaptadas a cada necessidade. No entanto, pode haver exceções em casos individuais e a formação do gelo
pode acontecer, conforme as circunstâncias.
Radiação
A transmissão de calor por radiação difere dos dois mecanismos anteriores (condução e convecção). A radiação
é a transmissão de energia no vácuo e produz-se entre todas as fases materiais. Qualquer material cuja
temperatura é superior ao zero absoluto (-273 ºC) emite radiação devido às vibrações dos eletrões no interior
do material.
A quantidade de energia emitida depende da temperatura absoluta do corpo, conforme a equação de
Stefan-Boltzmann.
Esta equação só pode aplicar-se a um “corpo negro” que é um radiador perfeito. Um material real emitirá
menos energia e a proporção face a energia emitida por um “corpo negro” define-se como a emissividade do
material.
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NO
OÇÕES TÉCNI
ICAS
Humidade relativ
va
Um volum
me conhecido de ar é capaz
z de conter um
ma pequena quantidade de vapor de águ
ua e esta quan
ntidade
(máxima)) depende da temperatura do volume do
o ar.
O ar nem
m sempre contterá a quantidade máxima possível
p
de va
apor de água, pelo que, é h
habitual expressar esta
quantidad
de presente co
omo percenta
agem máxima.
Humidade
e relativa =
Quantidade real
r
de vapor de
d água presen
nte
Quantid
dade máxima de
d vapor de ág
gua que pode conter
c
a uma d
determinada te
emperatura
ou
Pressão pa
arcial atual do vapor
v
de água
Humidade
e relativa =
Pressão do vapor saturado
s
A uma temperatura de
e 22 ºC, a qua
antidade máxima de vapor de água que pode
p
conter o ar (isto é: sa
aturado) é
de 16,9 g/kg
g
à pressão
o normal. Porttanto, a uma humidade rela
ativa de 85%,, a quantidade
e real de vapo
or de
água será
á de 14,1 g/kg
g. Se reduzirm
mos a tempera
atura do ar a 19,4 ºC, a qu
uantidade de v
vapor de água
a não
alterará, mas a humida
ade relativa aumentará 100
0%, isto é, qu
ue a 19,4 ºC a quantidade m
máxima de va
apor de
água que
e o ar pode conter é de 14,1
1 g/kg. O ar quente
q
pode reter mais vap
por de água qu
ue o ar frio.
Conseque
entemente, qu
uando o ar qu
uente entra em
m contacto com
m o ar frio, a camada de arr que se encontra
próxima da
d superfície arrefecerá
a
e pode
p
exceder o seu nível de
e saturação, dando
d
lugar à condensação..
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Todas as afirmações e informa
ações técnicas estã
ão baseadas em re
esultados obtidos em condições normais. É da responsabilidade do rece
etor
comprovar connosco
c
que as in
nformações são ad
dequadas para o us
so específico que fará
f
das mesmas. Os dados e inform
mações são fornecidos como
serviço técnico e estão sujeito
os a alterações, sem aviso prévio.
NO
OÇÕES TÉCNI
ICAS
Capacidade calorífica
A capacid
dade calorífica
a de um materrial expressa-se como a quantidade de energia
e
necess
sária para elev
var a
temperattura em um grrau Kelvin.
Conseque
entemente, a capacidade ca
alorífica está relacionada
r
co
om o peso uniitário do mate
erial e mede-s
se em
J/(Kg·K), isto é, Joules
s por kilogram
ma por graus Kelvin.
K
Um material de isolamento de alta capacidade
c
calorífica, tende
e a dar uma estabilidade térmica ao siste
ema que
está isola
ado, dado que
e, sob condiçõe
es de tempera
atura flutuanttes, o calor será absorvido p
pelo material,,
evitando,, assim, um rá
ápido aquecim
mento ou arreffecimento do meio.
c
típicas são:
Algumas capacidades caloríficas
Meio
Amoníac
co
Tem
mperatura média
°C
Densidade
kg/m³
Cap. caloríffica
KJ/(kg·K))
-50
695
4,450
+50
561
5,080
Gasóleo
-
920
1,670
Glicerina
a
0
1273
2,260
+100
1209
2,810
-180
730
2,150
Nitrogén
nio
Água
±0
1000
4,220
+50
998
4,180
-50
1563
1,005
±0
1275
1,005
Aço
+10
7850
0,502
Cobre
+20
8900
0,398
Ferro fun
ndido
+10
7250
0,628
±0
7100
0,398
Ar
Zinco
Meio estacionáriio
Esta opçã
ão de cálculo permite
p
deterrminar o efeito
o do arrefecim
mento (ou aquecimento) de um meio esta
acionário
(imóvel). Existem duas
s opções de cá
álculo para um
ma espessura de isolamento conhecida:
» tempo que deve ser calculado parra uma diferen
nça de temperratura
» alteraçã
ão da tempera
atura que dev
ve ser calculad
da para um de
eterminado te
empo.
Para calcular a espessu
ura do isolame
ento, é necessário conhece
er ambos os valores.
Por motiv
vos de funcion
namento, com
m frequência é requerido que, na prática, não se exced
da uma determ
minada
temperattura final (de serviço),
s
ou um determinad
do tempo de paragem.
p
Para o cá
álculo, são nec
cessários (entre outros) os seguintes valores:
» Coeficie
ente superficia
al exterior
» Coeficie
ente superficia
al interior (para meios gaso
osos)
» Capacid
dade calorífica
a
No caso de
d meios gaso
osos, deve terr-se em conta a capacidade
e calorífica do invólucro (depósito, tubo, conduta)
e, por iss
so, há que intrroduzir os dad
dos referentes
s ao invólucro (capacidade calorífica,
c
den
nsidade).
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NO
OÇÕES TÉCNI
ICAS
Coeficiiente supe
erficial
O coeficie
ente de transm
missão de calo
or de uma sup
perfície é a de
ensidade do flu
uxo de calor d
dividida pela diferença
d
entre a te
emperatura da
a superfície e a do seu amb
biente.
q
[W/(m2·K
K)]
h=
Ts - Ta
ender melhor o coeficiente superficial, de
evem ter-se em conta:
Para ente
A diferença entre a tem
mperatura da superfície e do
d seu ambien
nte, o diâmetrro exterior do isolamento, a
orientação da tubagem
m, a natureza da superfície,, o movimento
o do ar à volta
a da tubagem (laminar ou
turbulentto) e qualquerr transmissão de calor por radiação.
r
O coeficie
ente total de uma
u
superfície
e é a soma da
as contribuiç
ções convectiivas e radiattivas
h = hcn + hr
donde a contribuição
c
c
convectiva
dep
pende do mov
vimento do ar,, da orientaçã
ão relativa e do tipo de matterial.
A contribuição radiativa depende da
a natureza da superfície e da sua emissiv
vidade.
Existem várias
v
equações que permittem calcular os
o valores dos
s coeficientes superficiais em
m diferentes condições
c
de trabalho.
Alteraç
ção da tem
mperatura de um flu
uido em movimento
m
Este cálcu
ulo permite de
eterminar o effeito do arrefe
ecimento (ou de aquecimen
nto) de um flu
uido em movim
mento
(geralmente uma tubagem ou condu
uta). É possível calcular a alteração
a
da te
emperatura (ttemperatura final
f
do
fluido) pa
ara um isolamento de uma espessura con
nhecida. No caso de se calc
cular a espess
sura do isolam
mento, é
necessáriio conhecer a alteração da temperatura (temperatura final do fluido
o).
Por motiv
vos de funcion
namento, muittas vezes é ne
ecessário não exceder a tem
mperatura final do fluido (d
de
trabalho).
Para o cá
álculo, são nec
cessários os se
eguintes valorres (entre outtros):
» Coeficie
ente superficia
al externo
» Coeficie
ente superficia
al interno (me
eios gasosos)
» Capacid
dade calorífica
a
Unidad
des de tem
mperatura
Kelvin:
TK
= 27
73,15 + tc
= 5/9 TR
R
(K)
Rankine:
TR
= 45
59,67 + tF
= 1,8 TK
(Ra)
Celsius:
tC
= 5//9 (tF-32)
= TK - 27
73,15
(°C)
Fahrenheit:
tF
= 1,,8 tC + 32
= TR - 45
59,67
(F)
O zero ab
bsoluto é:
0K
= -273,,15 °C
= 0 Ra
a
= -459,67 F
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NOÇÕES TÉCNICAS
Condutibilidade térmica
A condutibilidade térmica é a capacidade de um material de permitir a passagem do calor. Este valor é uma
propriedade do material e depende da temperatura medida e do conteúdo de humidade do isolamento.
Realizando uma comparação da condutibilidade térmica de diferentes isolamentos, verá que quanto mais baixo
é o valor, melhor é o isolamento.
A unidade comum é: W/(m · K)
As outras unidades são:
1 W/(m·K)
= kcal/(m·h·K) · 1,163
1 W/(m·K)
= Btu in / h· ft² ·graus F · 0,1443
Isolamento térmico (ISO 9229:1991)
Um material ou produto, cujo objetivo é reduzir a transmissão do calor através da estrutura na/sobre a qual
está instalado.
A transmissão de calor (ISO 9251:1987 ponto 2.5) define-se como a transmissão de energia mediante
condução térmica, convecção térmica, radiação térmica, ou uma combinação delas.
As propriedades de um isolamento prático vão mais além do que a mera redução da transmissão térmica, dado
que o mais eficaz é um vácuo, e que nem sempre é praticável.
Para determinar um bom isolamento, é necessário que tenha as seguintes propriedades:
»
»
»
»
»
»
»
»
Baixa condutibilidade térmica
Boa reação frente ao fogo
Alta resistência ao vapor de água
Longa estabilidade estrutural
Facilidade de instalação
Segurança para o pessoal
Fatores meio ambientais
Suporte técnico
Os materiais devem-se escolher de forma a que proporcionem uma combinação de todas estas propriedades.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Resistência Térmica
A resistência térmica define-se mediante a seguinte equação:
T1 - T2
R=
q
Isto é: a diferença entre temperaturas divide-se pela densidade do fluxo de calor em estado estacionário.
A resistência térmica pode-se relacionar com a estrutura ou com a superfície do material.
d
R=

Para uma camada plana de material
Donde d = a espessura da camada e lambda é a condutibilidade térmica do material.
A unidade de resistência térmica é (m²·K)/W.
Para calcular a resistência térmica total de uma estrutura, também é necessário ter em conta as
correspondentes resistências das superfícies. Consequentemente, para determinar o isolamento para uma
tubagem, é necessário calcular a resistência térmica linear, isto é: a resistência térmica por metro de
comprimento da tubagem, onde RL se mede em (m·K)/W.
Para tubagens, a resistência térmica do material é:
De
ln
Di
RL =
2··
Donde
De = diâmetro exterior do isolamento
Di = diâmetro interior do isolamento (diâmetro exterior do tubo).
 = 3.1416
Para calcular a resistência térmica total de uma estrutura, a resistência térmica do material deve somar-se à
resistência da superfície interna (Rsi) e à resistência da superfície externa (Rse), respetivamente.
Donde (para o isolamento de uma tubagem):
1
Rsi =
hi · · Di
1
y
Rse=
he · · De
hi e he são os coeficientes de transmissão de calor das superfícies interna (entre o fluido e a tubagem) e
externa (entre o isolamento e o ar ambiente) respetivamente. Neste procedimento é desprezada a resistência
térmica do material do tubo (devido à sua condutibilidade térmica geralmente alta e pouca espessura – em
comparação com o isolamento).
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NOÇÕES TÉCNICAS
Resistividade térmica (EN ISO 7345)
É o oposto à condutibilidade térmica.
Expressa-se em (m·K)/W.
Transmitância térmica (ISO 7345 2.12)
Na prática, é necessário não exceder um determinado nível de transmitância térmica.
Para poder calcular a transmitância térmica, é necessário conhecer, entre outros, os valores dos:
» coeficiente superficial exterior
» coeficiente superficial interior
A transmitância térmica é o fluxo de calor em estado estacionário dividido pela área e pela diferença entre
temperaturas, isto é:
q
U=
[W / (m²K)]
(Tse - Tsi)
donde q = é a quantidade de calor transferido dividido pelo tempo; consequentemente as unidades são watts.
Em comparação com a resistência térmica, pode ver-se que
1
U=
R
Portanto, para uma estrutura simples, o valor U, ou a transmitância térmica, obtém-se mediante
1
U=
Rsi + R + Rse
Os valores U são utilizados por entidades reguladoras (geralmente governos nacionais) para especificar os
níveis de isolamento exigidos em casas residenciais, escritórios e outros edifícios. Um regulamento típico pode
indicar que o valor U de uma parede ou de um teto exposto não deve superar 0,3 (W/m²K) em residências.
Neste caso, será necessário calcular o valor U global, baseando-se na resistência térmica dos componentes,
deixando uma margem para os espaços de ar e as superfícies.
No caso do isolamento de uma tubagem, um regulamento típico impõe diretamente a espessura do isolamento.
No entanto, os valores U em [W/m·K] para tubagens isoladas, e não isoladas, indicam-se como valores por
defeito nas normas EN correspondentes, para calcular o rendimento energético dos edifícios.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Barreira contra o vapor de água
Definido na norma ISO 9229 como camada cujo propósito é de impedir a difusão do vapor de água. A barreira
contra o vapor pode ser uma camada relativamente fina de um material impermeável que se aplica à superfície
externa ou ao lado quente do isolamento. Como alternativa, a barreira contra o vapor pode “estar incorporada”
no material, como no caso das estruturas de célula fechada.
Contudo, é importante saber que uma estrutura de célula fechada por si só não garante uma barreira suficiente
que cumpra com as exigências. É necessário considerar, também, a natureza do isolamento e assegurar-se de
que a barreira incorporada tem uma muito alta resistência à transferência de vapor de água.
As barreiras contra o vapor que se instalam como proteção adicional, podem incorporar uma lâmina de alumínio
reforçada com malha de vidro ou de poliéster revestida com um adesivo. No caso de tais barreiras, é muito
importante assegurar-se de que as mesmas estejam corretamente instaladas com o fim de conseguir uma
proteção completa, já que, uma simples rotura ou orifício seriam suficientes para invalidar a barreira contra o
vapor.
No caso de isolamento de sistemas de baixa temperatura, o uso de uma barreira adequada é um requisito
técnico para garantir a longa eficácia do sistema. Pode ser necessário instalar uma proteção adicional à
barreira, como por exemplo, uma proteção contra a intempérie ou outra. Esta proteção adicional contra a
intempérie pode melhorar de forma significativa a atual barreira contra o vapor do isolamento, como no caso do
sistema de proteção de superfícies Arma-Chek T.
Permeabilidade ao vapor de água
A eficácia de uma barreira contra o vapor expressa-se em termos da velocidade a que o vapor passa através da
dita barreira em determinadas condições. Do mesmo modo que num isolamento, a permeabilidade contra o
vapor determina a sua eficácia em instalações de baixa temperatura.
A permeabilidade é a propriedade do material e define-se como a quantidade de vapor de água que passa
através de uma unidade de espessura, geralmente um metro, em unidades de tempo e sob uma determinada
pressão. As suas unidades são:
kg/(m·s·Pa) ou g·m/(s·MN) donde um Pascal = um Newton por metro quadrado (Pa = N/m²).
Para mais unidades da permeabilidade, consulte a documentação à parte.
Os materiais com uma elevada resistência à transmissão do vapor de água terão valores de permeabilidade
muito baixos, isto é, menos de 0,2·10-9 kg/(m·h·Pa). Ao comparar valores de permeabilidade citados por
diferentes fabricantes, é necessário ter em conta o método que foi utilizado para o ensaio.
Consequentemente, segundo as normas EN 12086 e EN 13469 (antes DIN 52615) a permeabilidade mede-se a
23 ºC com uma humidade relativa de 50% num lado da amostra e de 0% de humidade relativa no outro lado.
Nestas condições, a diferença na pressão parcial do vapor de água é de 1400 Pa. Segundo a norma BS 4370
Parte 2, as condições de ensaio são 25 ºC e 75% de humidade relativa, dando como diferença na pressão
parcial 2380 Pa.
Para poder determinar a pressão parcial do vapor de água para um sistema que funciona a baixa temperatura,
também é necessário ter em conta a temperatura de trabalho (fluido) e a humidade relativa. Assim, para um
sistema de água fria com uma temperatura de trabalho de 6 ºC e com condições ambientais de 22 ºC e uma
humidade relativa de 85%, temos:
Pressão parcial na superfície da tubagem = 935 Pa
Pressão parcial ambiente = 2247 Pa
Portanto, a pressão parcial do vapor de água que atua sobre a superfície do isolamento é de 1312 Pa.
Os valores da pressão do vapor podem obter-se nas tabelas que já estão publicadas. No nosso caso, temos
citado os valores que aparecem no documento “Handbook of Physics and Chemistry”, com os fatores de
conversão 1mm Hg = 133.316 Pa.
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NOÇÕES TÉCNICAS
Permeância do vapor de água
Tal como se explica na secção “Permeabilidade ao vapor de água”, a permeabilidade é uma propriedade do
material. Contudo, quando é necessário comparar o rendimento de diferentes materiais, são necessários
valores da permeância. Por isso, a permeância é a transmissão do vapor de água através de uma espessura
conhecida de um material, em determinadas condições. Os requisitos para uma barreira ao vapor são citados
como o valor mínimo da permeância.
As unidades utilizadas para determinar a permeância ao vapor de água são similares às utilizadas para a
permeabilidade para uma espessura: kg/(m²·h·Pa).
Resistência ao vapor de água
É a oposta à permeância ao vapor de água.
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