OS ISOLAMENTOS TÉRMICOS

ISOLAMENTOS TÉRMICOS

        

Conforme o tema de pesquisa abordado, obtemos os conceitos principais ou iniciais para um maior entendimento do que é a troca térmica ou transferência de calor sendo que é o principal conceito envolvido no projeto em questão.

“O calor, ou energia que flui como resultado de uma diferença de temperatura entre o sistema e suas vizinhanças. O sentido do fluxo de energia é sempre da temperatura mais alta para a mais baixa” (Rosseau, 2005, p.275), contudo a temperatura é o fator relevante para a definição dos sistemas que interligam o meio.

Para Incropera (2002, p.01) “Sempre que existir uma diferença de temperatura em um meio ou entre meios diferentes, ocorre, necessariamente, transferência de calor”, sendo assim essa transferência se dá ao meio decorrente.

A transferência térmica ou de calor pode ser descrita como a energia térmica em movimento, dependente de uma diferenciação de temperatura, sendo assim  sempre que existir, entre meios, diferenças de temperaturas ocorrerá  trocas de calor e energia, referenciado ao fenômeno de transporte.

De acordo com Rosseau (2005, p.275) “O princípio que fundamenta todos os balanços de energia é a lei de conservação da energia, que estabelece que a energia não pode ser criada e nem destruída”, com isso verifica-se que a energia em movimento ou em sistemas térmicos é determinado pela lei de conservação que é a Primeira Lei da Termodinâmica.

Para as transferências de energia ou calor, temos três tipos diferentes de troca térmica sendo elas, condução, convecção e radiação.

1. CONDUÇÃO

A condução pode ser descrita como uma forma de transferência de energia ligada diretamente aos processos físicos, com uma atividade intensa tanto molecular quanto atômica, sendo que as moléculas envolvidas nessa transmissão ou transferência de energia se dão por partículas mais energéticas para o meio menos energético sendo este a interação entre elas.

As elevadas temperaturas deste processo estão diretamente associadas à moléculas energéticas mais potencializadas, sendo que a transferência de calor é resultado de uma colisão molecular. Podemos citar vários exemplos do meio de transferência por condução, tais como: câmara fria sendo que o meio interno está isolado do meio externo através de uma parede, porém ainda ocorre uma transferência por condução.

Conforme Moran (2015, p.401), “A análise da condução diz respeito à determinação da distribuição de temperatura em um meio resultante das condições em suas fronteiras”, sendo que assim a transferência por condução está diretamente ligada ás condições do meio.

O fluxo de calor (W/m) é dado pela taxa de transferência de calor em uma determinada direção (x), relacionado à área que esta perpendicular a transferência de calor do meio. O fluxo depende de valores como a constante de proporcionalidade K (W/m °C) que é a condutividade térmica dos materiais envolvidos no processo, e do gradiente de temperatura (dT/dx) ( Incropera, 2002, p.02).  

1. CONVECÇÃO

Em um meio de transferência de calor por convecção, pode ocorrer a perpetuação ou fragmentação da energia no meio, tanto pelo movimento global quanto pelo difusor, sendo que para esta transferência é necessário um fluido ou então, uma movimentação molecular para que ocorra este fenômeno, (Moran, 2015, p.402).

Para entender a convecção, devemos dividir este conceito em duas situações que são dependentes do meio encontrado, que são convecção forçada e convecção natural.

Para comprovações de transferência de calor por convecção temos algumas leis ou situações que devem ser tomadas as devidas considerações pois as mesmas delimitam as situações que envolvem as trocas nos sistemas térmicos ou que possuem algum gradiente de variação de energia ou temperatura. Essas leis ou comprovações, foram reconhecidas por meio de cálculos que envolveram sistemas que era dependentes de fenômenos de transporte de calor e energia, os quais são delimitados na presente pesquisa.

Para estas, é válido as situações descritas abaixo (Tabela 01), que consideram vários termos e constantes que são obtidas durante as pesquisas ou testes realizados para obter os devidos valores nos processos.

Tabela 01: Grupos adimensionais para cálculos de transferência de calor.

Grupo Adimensional	Interpretação
Número de Biot	Razão entre a resistência térmica interna em um sólido e a resistência térmica na camada limite.
Número de Grashof	Razão entre o empuxo e as forças viscosas - convecção natural
Número de Rayleigh	Relação entre forças viscosas e de empuxo - convecção natural e diferenciar condução de convecção
Número de Nussel	Gradiente de temperatura adimensional na superfície
Número de Prandtl	Razão entre as difusividades de momento e térmica
Número de Reynolds	Razão entre as forças de inércia e as forças viscosas
Número de Fourier	Tempo adimensional, razão entre a taxa de condução e a taxa de armazenamento de energia no sólido

Fonte: INCROPERA

Como observado nos grupos acima, podemos evidenciar que cada grupo, é considerado para tal situação, sendo que essas considerações são válidas para determinar valores que auxiliam no resultado equacional.

Conforme Oliveira (2014, p.01) o Número de Biot é relevante para a importância convectiva em relação a condução térmica em um determinado comprimento de material ou área. Para este, é considerado a camada limite térmica que é a zona de transição.

Para Moreira (2011, p.02), o Número de Grashof é a representação da relação das forças viscosas e de empuxo que envolve a gravidade e o coeficiente de expansão térmica.

Segundo Moran (2015, p. 454), o grupo adimensional do número de Rayleigh, que esta evidenciando as correlações de convecção, é o produto do número de Grashof pelo Prandtl.