Nick Connor

Condutividade térmica da espuma de poliisocianurato

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para as espumas de poliisocianurato são entre 0,022 e 0.035W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, espuma de poliisocianurato ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Espuma de poliisocianurato

Espuma de poliisocianurato (PIR) , também conhecida como PIR , poliiso ou ISO, é muito semelhante à espuma de poliuretano. É também um polímero termoendurecível de células fechadas formado pela reação de um di- ou poli-isocianato com um poliol. A condutividade térmica pode ser menor que a da espuma de poliuretano. Espuma de poliisocianuratoé normalmente usado para painéis de face metálica, placas de teto, placas de parede de cavidades e isolamento de tubos. Os painéis de espuma PIR laminados com papel de alumínio puro em relevo são usados ​​para a fabricação de dutos pré-isolados que são usados ​​para sistemas de aquecimento, ventilação e ar condicionado. Por outro lado, o PIR não pode ser usado para isolar as paredes das cavidades existentes, pois não há espuma de PIR que possa ser injetada nas paredes existentes. Oferece ainda melhor estabilidade térmica e resistência à inflamabilidade do que a espuma de poliuretano.

Condutividade térmica da espuma de poliisocianurato

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para as espumas de poliisocianurato são entre 0,022 e 0.035W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, espuma de poliisocianurato ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Exemplo – Isolamento de Espuma de Poliisocianurato

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use um  isolamento de espuma de poliisocianurato com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,022 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,022 + 1/30) = 0,207 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,207 [W / m ² K] x 30 [K] = 6,21 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 6,21 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 186 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Exemplo – Isolamento de espuma de poliuretano

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito especialmente das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use um isolamento de espuma de poliuretano com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,028 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,028 + 1/30) = 0,259 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,259 [W / m ² K] x 30 [K] = 7,78 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 7,78 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 233 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Condutividade térmica da espuma de poliuretano

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para as espumas de poliuretano são entre 0,022 e 0.035W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, espuma de poliuretano ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Espuma de poliuretano

A espuma de poliuretano (PUR) é um polímero termoestável de célula fechada. Polímeros de poliuretano são tradicionalmente e mais comumente formados por reação de um di- ou poli-isocianato com um poliol. O isolamento de espuma de poliuretano está disponível nas fórmulas de células fechadas e de células abertas. A espuma de poliuretano pode ser usada como isolamento de paredes de cavidades ou como isolamento de telhado, isolamento de piso, isolamento de tubos, isolamento de instalações industriais. Painéis de isolamento feitos de PUR podem ser aplicados a todos os elementos do invólucro do edifício. Outro aspecto importante é que o PUR também pode ser injetado nas paredes existentes, usando as aberturas existentes e alguns furos extras.

Condutividade térmica da espuma de poliuretano

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para as espumas de poliuretano são entre 0,022 e 0.035W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, espuma de poliuretano ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Exemplo – Isolamento de espuma de poliuretano

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use um isolamento de espuma de poliuretano com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,028 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,028 + 1/30) = 0,259 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,259 [W / m ² K] x 30 [K] = 7,78 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 7,78 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 233 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Exemplo – Isolamento de poliestireno extrudado

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito especialmente das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use isolamento de poliestireno extrudido com  10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,028 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,028 + 1/30) = 0,259 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,259 [W / m ² K] x 30 [K] = 7,78 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 7,78 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 233 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Condutividade térmica de poliestireno extrudado

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para poliestireno extrudido  estão entre 0,025 e 0.040W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, poliestireno extrudido ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Poliestireno extrudado – XPS

Geralmente, o poliestireno é um polímero aromático sintético feito do monômero estireno, que é derivado do benzeno e etileno, ambos produtos derivados do petróleo. O poliestireno pode ser sólido ou espumado. O poliestireno é um termoplástico incolor e transparente, que é comumente usado para isolar painéis de espuma ou painéis de pérolas e um tipo de isolamento de preenchimento solto que consiste em pequenas esferas de poliestireno. As espumas de poliestireno são de 95 a 98% de ar. As espumas de poliestireno são bons isolantes térmicos e, portanto, são frequentemente usadas como materiais de isolamento de edifícios, como em formas isolantes de concreto e sistemas estruturais de construção de painéis isolados. Poliestireno expandido e poliestireno extrudidoambos são feitos de poliestireno, mas o EPS é composto de pequenas esferas de plástico que são fundidas e o XPS começa como um material fundido que é pressionado para fora de um formulário em folhas. O XPS é mais comumente usado como isolamento de placas de espuma.

O poliestireno extrudado (XPS) também é um polímero termoplástico. O poliestireno extrudido possui uma estrutura celular fechada e geralmente é mais forte, com um desempenho mecânico mais alto e é, em princípio, geralmente mais caro que o EPS. Sua faixa de densidade é de cerca de 28 a 45 kg / m ³ . O XPS é produzido a partir dos mesmos materiais de base do EPS e, portanto, também possui petróleo bruto em sua base. O processo de produção de e xtruded poliestireno é apenas ligeiramente diferente a partir de poliestireno expandido.

Da mesma forma que o EPS, o XPS tem uma ampla variedade de aplicativos. Pode ser usado para isolar edifícios, telhados e pisos de concreto. O material de poliestireno extrudado também pode ser usado em artesanato e construção de modelos, em particular modelos arquitetônicos.

Embora o poliestireno expandido e o extrudado tenham uma estrutura de célula fechada, eles são permeáveis ​​pelas moléculas de água e não podem ser considerados uma barreira ao vapor. No poliestireno expandido existem lacunas intersticiais entre os grânulos expandidos de células fechadas que formam uma rede aberta de canais entre os grânulos ligados. Se a água congelar em gelo, ela se expande e pode fazer com que os pellets de poliestireno se soltem da espuma.

Condutividade térmica de poliestireno extrudado

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para poliestireno extrudido  estão entre 0,025 e 0.040W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, poliestireno extrudido ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.

Exemplo – Isolamento de poliestireno extrudado

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use isolamento de poliestireno extrudido com  10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,028 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,028 + 1/30) = 0,259 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,259 [W / m ² K] x 30 [K] = 7,78 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 7,78 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 233 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Exemplo – isolamento de poliestireno expandido

Uma das principais fontes de perda de calor de uma casa é através das paredes. Calcule a taxa de fluxo de calor através de uma parede com 3 mx 10 m de área (A = 30 m ² ). A parede tem 15 cm de espessura (L ₁ ) e é feita de tijolos com condutividade térmica de k ₁ = 1,0 W / mK (isolador térmico ruim). Suponha que as temperaturas interna e externa sejam 22 ° C e -8 ° C, e os coeficientes de transferência de calor por convecção nos lados interno e externo sejam h ₁ = 10 W / m ² K e h ₂ = 30 W / m ²K, respectivamente. Observe que esses coeficientes de convecção dependem muito especialmente das condições ambientais e interiores (vento, umidade etc.).

1. Calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através desta parede não isolada.
2. Agora assuma o isolamento térmico no lado externo desta parede. Use isolamento de poliestireno expandido com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,03 W / mK e calcule o fluxo de calor ( perda de calor ) através dessa parede composta.

Solução:

Como foi escrito, muitos dos processos de transferência de calor envolvem sistemas compostos e até envolvem uma combinação de condução e convecção . Com estes sistemas compostos, muitas vezes é conveniente trabalhar com um coeficiente de transferência total de calor , conhecido como um factor-L . O fator U é definido por uma expressão análoga à lei do resfriamento de Newton :

O coeficiente geral de transferência de calor está relacionado à resistência térmica total e depende da geometria do problema.

1. parede nua

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede plana e desconsiderando a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O coeficiente geral de transferência de calor é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 1/30) = 3,53 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 3,53 [W / m ² K] x 30 [K] = 105,9 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 105,9 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 3177W

2. parede compósita com isolamento térmico

Assumindo a transferência de calor unidimensional através da parede composta plana, sem resistência ao contato térmico e sem considerar a radiação, o coeficiente geral de transferência de calor pode ser calculado como:

O  coeficiente geral de transferência de calor  é então:

U = 1 / (1/10 + 0,15 / 1 + 0,1 / 0,03 + 1/30) = 0,276 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,276 [W / m ² K] x 30 [K] = 8,28 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda  = q. A = 8,28 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 248 W

Como pode ser visto, uma adição de isolador térmico causa uma diminuição significativa nas perdas de calor. Deve ser adicionado, uma adição da próxima camada de isolador térmico não causa economias tão altas. Isso pode ser visto melhor no método de resistência térmica, que pode ser usado para calcular a transferência de calor através de paredes compostas . A taxa de transferência constante de calor entre duas superfícies é igual à diferença de temperatura dividida pela resistência térmica total entre essas duas superfícies.

Condutividade térmica de poliestireno expandido

Condutividade térmica é definida como a quantidade de calor (em watts) transferida através de uma área quadrada de material de determinada espessura (em metros) devido a uma diferença de temperatura . Quanto menor a condutividade térmica do material, maior a capacidade do material de resistir à transferência de calor e, portanto, maior a eficácia do isolamento. Os valores típicos de condutividade térmica para o poliestireno expandido  são entre 0,030 e 0.040W / m ∙ K .

Em geral, o isolamento térmico é baseado principalmente na condutividade térmica muito baixa dos gases . Os gases possuem más propriedades de condução térmica em comparação com líquidos e sólidos e, portanto, são um bom material para isolamento se puderem ser presos (por exemplo, em uma estrutura semelhante a espuma). Ar e outros gases geralmente são bons isolantes. Mas o principal benefício é na ausência de convecção. Portanto, muitos materiais isolantes (por exemplo, poliestireno expandido ) funcionam simplesmente com um grande número de bolsas cheias de gás que impedem a convecção em grande escala .

A alternância entre bolsa de gás e material sólido faz com que o calor seja transferido através de muitas interfaces, causando uma rápida diminuição no coeficiente de transferência de calor.