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Isolamento térmico no "campo do frio"

CONTROLE DA CONDENSAÇÃO

Não “Campo do Frio”, ou seja, instalações que operam com as especificações abaixo do ambiente, o dimensionamento da espessura do isolamento deve levar em consideração, não somente a questão da redução nas Perdas Energéticas, mas também a questão da Condensação Superficial.

A Condensação Super fi cial é um fenômeno físico pelo qual um gás passa do estado gasoso para o líquido. O vapor de água contido no ar atmosférico se liquefaz quando a temperatura na superfície de algum elemento ou isolamento chega a ser menor que a Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ), para as condições de Temperatura Ambiente (T a ) e Umidade Relativa ( UR) em que se você conhece esses elementos ou instalações.

Portanto, para prevenir o fenômeno da Condensação Super fi cial, uma espessura do isolamento deve ser dimensionada de forma que se obtém uma Temperatura Super fi cial Externa superior à de Orvalho (T se > T o ), conforme Fig. 1.

 

A Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ) é a temperatura na qual se inicia a condensação do vapor de água de um ambiente, para certas condições de umidade e pressão, quando há uma queda na temperatura do ambiente e portanto, na do vapor nele contido.

Em outras palavras, é a temperatura na qual o ar resfriado se torna saturado, dando início à condensação do vapor de água em excesso. Em temperaturas inferiores à de orvalho, o vapor de água condensa em forma de gotas de água ou cristais de gelo quando essas características inferiores à 0 ºC. Conhecendo-se a Temperatura Ambiente (T a ) e a Umidade Relativa (UR) ou como Temperaturas de Bulbo Seco e Bulbo Úmido (T bs e T bu ), a Temperatura de Ponto de Orvalho (To) pode ser necessária através do Diagrama Psicrométrico ( Fig. 2) ou pela fórmula:

 

Quando a instalação está exposta a condições climáticas severas, onde a Temperatura Ambiente (T a ) e principalmente a Umidade Relativa (UR) são signi fi cativamente altas, a formação de uma espessura de isolamento para evitar a Condensação Super fi cial é, por vezes, prioritária, pois supera as marcas sobre outros cálculos de espessuras ou redução de energia.

Para dimensionar a espessura mínima de um isolamento no “Campo do Frio” é preciso levar em consideração uma série de fatores, principalmente as condições locais locais como Temperatura Ambiente (Ta) e Umidade Relativa (UR). No entanto, esses valores variação ao longo do dia e no decorrer das estações e dos anos e, portanto, não basta tomar como base registros pontuais, principalmente quando a instalação opera em regime contínuo.

Muitas vezes os parâmetros climáticos de T bs , T bu e UR, informados e / ou destacados nos Memoriais Descritivos dos Projetos ou nas Normas da ABNT, são referentes às condições determinantes para o dimensionamento da carga térmica dos equipamentos, e que, não são su fi cientes para o correto dimensionamento do isolamento térmico no “Campo do Frio”, pois levam em consideração, apenas como as condições climatológicas dos períodos mais quentes, os quais, nem sempre apresentam a Umidade Relativa (UR) mais alta. É relevante a importância da Umidade Relativa (UR) na determinação da necessidade de isolamento para prevenir a Condensação superficial, no entanto, os demais períodos do dia e ao longo do ano, que podem conter Umidades Relativas mais altas, não são considerados.

É preciso buscar dados climatológicos mais representativos, que foram registrados ao longo de um período de pelo menos um ano, e estabelecer parâmetros médios superiores de Temperatura Ambiente (T a ) e Umidade Relativa (UR). Cabe ressaltar que, esses parâmetros não são coincidentes, ou seja, é muito pouco provável que venham a ocorrer simultaneamente, pois quando ocorrem temperaturas ambientes mais altas geralmente, como umidades relativas são mais baixas, enquanto que, as umidades mais altas ocorrem em condições mais baixas.No entanto, são esses parâmetros que devem ser adotados nos cálculos, pois determinar uma espessura de isolamento que assegure, dentro de limites médios superiores de Temperatura Ambiente e Umidade Relativa, a estabilidade da Economia Energética proposta e minimizar a ocorrência do fenômeno da Condensação Super fi cial na instalação, respectivamente, restringindo uma probabilidade de ocorrências que excedam esses critérios considerados e, consequentemente,

Por isso, o conhecimento da climatologia, onde a instalação se encontra, é de importância fundamental. Ocorre que, a obtenção de dados climatológicos representativos, muitas vezes torna-se difícil, pois além de nem sempre serem disponíveis, detalhados, abrangentes e / ou gerais, se restringem às estações meteorológicas mais bem equipadas, geralmente devida em regiões especí fi cas, principalmente aqui no Brasil, onde a natureza dos parâmetros climáticos medidos está mais voltada para os setores de interesse, como o da aviação e agricultura, do que para projetos térmicos de equipamentos e edi fi cações em busca de e fi ciência e conforto térmico. Esse fato explica, na maioria dos casos, a inexistência de cobertas mais completas e substanciais,

Cabe esclarecer que, no “Campo do Frio”, quanto maior para a UR, maior será a Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ), dentro das mesmas condições de Temperatura Ambiente (T a ) e, portanto, para prevenir a Condensação Super fi cial, maior deve ser a Temperatura Super fi cial Externa (T se ) do Isolamento que, para tal, requer espessura maior de isolamento, porém enquanto houver um diferencial de temperatura, seja quer num sistema estático ou dinâmico, a Temperatura Super fi cial Externa do isolamento sempre disponível abaixo do ambiente (T se <T a ).

Isso se deve ao fato da elevação na Temperatura superficial Externa (T se ) do Isolamento com o aumento da sua espessura, não ser uma função linear, ou seja, boletim há uma elevação bastante signi fi cativa na Temperatura superficial Externa, mas à medida que aumentamos a espessura do isolamento, essa elevação passa a ser desprezível e a Temperatura Super fi cial Externa atinge um valor estável estável.

Isso pode ser observado na Fig. 3, onde um título ilustrativo, admitimos uma tubulação de ferro com diâmetro nominal de 3 ”(88,9 mm), isolada com Espuma Elastomérica AF / Arma fl ex® BR, pertencente à instalação cuja Temperatura Interna (T i ) operacional é de 5

° C, a Temperatura Ambiente (T a ) local é de 30 ° C e a Umidade Relativa (UR) local é de 80%.

Mas como podemos determinar a espessura mínima do isolamento para que não ocorra a Condensação Super fi cial, dentro dos parâmetros adotados no exemplo?

Com os dados climáticos de Temperatura Ambiente (T a = 30 ° C) e Umidade Relativa (UR = 80%), podemos determinar a Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ) com o auxílio da Carta Psicrométrica, onde para tais condições To = 26,2 ° C, conforme ilustrado na Fig. 2.

A determinação da Espessura Mínima de isolamento para que não ocorra a Condensação Super fi cial, dentro dos parâmetros adotados, considera a Temperatura Super fi cial Externa do isolamento igual à Temperatura de Ponto de Orvalho, ou seja, T se = T o = 26,2 ° C.

Podemos Como observar na Fig. 3, como espessuras de Isolamento Abaixo você Mínimo Resultante em T se <T o , ocasionando um Condensação Superficial . Dessa forma, deve-se selecionar a espessura do isolamento disponível, imediatamente superior à espessura determinada e assim assegurar que T se > T o .

No exemplo apresentado, pode-se observar também que, o diferencial de temperatura entre T o e T a é muito pequeno: apenas 3,8 ° C.

Esse diferencial tende a diminuir com o aumento da UR, aumento o risco de ocorrência de Condensação Super fi cial.

Há outros fatores importantíssimos e determinantes que influenciam no cálculo da Espessura Mínima do Isolamento e na boa performance do Sistema de Isolamento Térmico e que podem propiciar a ocorrência da Condensação Superficial de forma mais frequente e até constante, como por exemplo: tipos de revestimentos sobre o material isolante, localização, disposição e condições de contorno da instalação.

Um dos aspectos importantes para um bom funcionamento de todo e qualquer sistema isolado termicamente são como trocas de calor entre a superfície do isolamento e o seu redor. Para que o ar possa circular é preciso que haja um espaço mínimo ao redor da superfície do isolamento. Quando isso não ocorre, o valor do Coe fi kapta Externo de Troca de Calor por Convecção (hcv) passa a ser baixo, ocorre em uma Temperatura Super fi cial Externa (T se ) do Isolamento baixo, que pode fi car abaixo da Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ), ocasionando constante Condensação Super fi cial.

Ambientes internos, con fi nados ou com pouca facilidade como, por exemplo, entreforros, “shafts”, subsolos e garagens, propiciam a ocorrência do fenômeno da Condensação Super fi cial de forma mais frequente e podemos classificá-los como microclimas, onde não é possível estabelecer condições climáticas con fi áveis, pois podem apresentar uma condição climática diferenciada e mais severa à externa, principalmente relacionada com a Umidade Relativa. No caso de garagens, os veículos próprios causam o aumento na Umidade Relativa (UR) do ambiente, devido ao vapor de água gerado pela queima do combustível e, também, pela água que eles trazem consigo em dias chuvosos.

A ideia de que essas áreas internas, por apresentarem as melhores amenas externas, resultariam em espessuras de isolamento menores, é equivocada, pois podem apresentar índices de UR acima da externa, o que determinaria espessuras iguais ou até maiores às externas.

Para entender esse fato, veja esclarecer que, quando há um diferencial de temperatura entre dois ambientes, passa a haver também um diferencial na pressão parcial do vapor de água. A pressão parcial do vapor de água do ar ambiente, que está à maior temperatura, é maior que a pressão parcial do vapor de água do ar que está a uma temperatura mais baixa, e essa diferença de pressão ocasiona um Fluxo Constante do Vapor de Água do ambiente de maior temperatura para o ambiente de menor temperatura.

Mesmo o ambiente sendo climatizado, porém se não houver um controle efetivo da UR, ocorrerá com o passar do tempo uma migração de umidade nessas áreas internas e con fi nadas, que passam a ser mais suscetíveis à ocorrência da condensação superficial.

Não “Campo do Frio”, recobrimentos metálicos, quando utilizados, devem ser considerados no dimensionamento, pois devido à sua baixa Emissividade (ᶓ), o Coe fi ciente Externo de Troca de Calor por Radiação (h r ) passa a ser baixo, provocando uma queda na Temperatura Super fi cial Externa (T se ) do Isolamento, o que demanda espessuras signi fi cativamente maiores para evitar o fenômeno da Condensação Super fi cial dentro das mesmas condições de Temperatura Operacional, Temperatura Ambiente e Umidade Relativa.

Portanto, do ponto de vista da Condensação Superficial, quando uma instalação está exposta às condições climáticas severas e das quais não se têm controle, principalmente em ambientes onde os altos índices de Umidade Relativa são frequentes ou como condições de contorno adversas e próprias de cada tipo de instalação são desfavoráveis, qualquer que seja o material isolante, mesmo com a espessura do isolamento térmico tendendo ao in fi nito, não existe qualquer garantia de evitar o fenômeno da Condensação Super fi cial, já que o risco dela ocorrer é constante uma vez que , a Temperatura Super fi cial Externa (T se ) do não estará muito próxima da Temperatura de Ponto de Orvalho (T o ).

Mesmo assim, é comum a falsa ideia de que o isolamento seja responsável por resolver completamente o problema de Condensação Super fi cial. Mesmo que os parâmetros baseados em dados representativos de um período anual, não significa que os seguintes parâmetros apresentem o mesmo comportamento e, também, não há como prever a frequência que esses parâmetros serão excedidos.

Assim sendo, é preciso estabelecer um nível de risco aceitável na adoção dos parâmetros, usando de bom senso ao fazer essa análise e ter consciência de que as espessuras excessivas de isolamento térmico não darão solução à questão da Condensação Super fi cial, pois provavelmente ela ocorrerá, não somente na superfície de isolamentos de sistemas que operam com as especificações abaixo do ambiente, mas em qualquer superfície, como paredes, janelas, mobiliário e etc. A probabilidade de que isso ocorra é maior nas horas da madrugada, quando a Temperatura Ambiente tende a cair e , consequentemente, a UR atinge os valores mais elevados.

É preciso esclarecer que, a presença da Condensação Super fi cial em uma instalação não significa necessariamente que uma E fi ciência do Sistema Isolante Térmico está comprometida, contudo, ela deve ser evitada, principalmente em ambientes específicos, pois contribui para o desenvolvimento de fungos e bactérias que trazem riscos a saúde ocupacional e contaminação do local.

A adoção de algumas ações paliativas como promoção ou convecção forçada e / ou introdução calor sensível, em instalações novas ou já existentes, nem sempre é viável tecnicamente ou economicamente ou mesmo e fi caz.

Nest casos, a única solução está na climatização do ambiente no qual se encontra a definição, definindo condições controladas e diferenciadas às condições externas, não somente da Temperatura Ambiente, mas principalmente da Umidade Relativa, e também de contorno, evitando espaços con fi nados e interferências entre linhas e prevendo um espaçamento adequado ao redor das superfícies dos isolamentos para que possa ser circular e efetuar como trocas de calor. Somente dessa forma é possível garantir e controlar a não ocorrência do fenômeno da Condensação Super fi cial através de uma espessura econômica predeterminada e adequada de isolamento.

De uma forma geral, em instalações de fl uidos frios, deve-se tomar cuidado especial com a estanqueidade do sistema, mantendo homogênea a espessura do isolante, evitando zonas comprimidas e de baixa capacidade que favorecem o acúmulo de umidade.

Elaborado por:

Eng. André Dickert

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SOBRE A AMARCELL                       

Como inventores da espuma fl exível para isolamento de equipamentos e fornecedora líder de espumas de engenharia, a Armacell adaptadas soluções térmicas, acústicas e mecânicas inovadoras e seguras que criam valor sustentável para os seus clientes. Os produtos da Armacell contribuem signi fi cativamente para uma e fi ciência energética global, fazendo a diferença todos os dias em todo o mundo. Com 3000 funcionários e 23 unidades de produção em 15 países, a empresa trabalha em duas divisões principais, Isolamento avançado e Espumas de Engenharia. A Armacell concentra-se em materiais de isolamento para equipamento técnico, espumas de elevado desempenho para aplicações de alta tecnologia e leves e tecnologia de mantas de aerogel de última geração

 

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