Nick Connor

Poliestireno Expandido – EPS

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 (EPS) e extrudado (XPS)ambos 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 expandido (EPS) é uma espuma rígida e resistente de células fechadas. Os aplicativos de construção civil representam cerca de dois terços da demanda por poliestireno expandido. É utilizado para o isolamento de paredes (cavidades), telhados e pisos de concreto. Devido às suas propriedades técnicas, como baixo peso, rigidez e formabilidade, o poliestireno expandido pode ser usado em uma ampla gama de aplicações, como bandejas, pratos e caixas de peixes.

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 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.

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 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.

Exemplo – Isolamento de Lã de Vidro

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 lã de vidro com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,023 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 / (1/1

Condutividade térmica de lã de vidro

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 lã de vidro estão entre 0,023 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 , lã de vidro ) 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.

Lã de vidro

A lã de vidro (originalmente também conhecida como fibra de vidro) é um material isolante feito de fibras de vidro dispostas usando um aglutinante em uma textura semelhante à lã. A lã de vidro e a lã de rocha são produzidas a partir de fibras minerais e, portanto, são frequentemente chamadas de “lã mineral”. Lã mineral é um nome geral para materiais de fibra formados por fiação ou extração de minerais fundidos. Lã de vidroé um produto de forno de vidro fundido a uma temperatura de cerca de 1450 ° C. Do vidro derretido, as fibras são fiadas. Esse processo baseia-se na fiação do vidro fundido nas cabeças rotativas de alta velocidade, semelhante ao processo usado para produzir algodão doce. Durante a fiação das fibras de vidro, um agente de ligação é injetado. A lã de vidro é então produzida em rolos ou em lajes, com diferentes propriedades térmicas e mecânicas. Também pode ser produzido como um material que pode ser pulverizado ou aplicado no local, na superfície a ser isolada.

As aplicações de lã de vidro incluem isolamento estrutural, isolamento de tubos, filtragem e isolamento acústico. A lã de vidro é um material versátil que pode ser usado para o isolamento de paredes, telhados e pisos. Pode ser um material de preenchimento solto, soprado nos sótãos ou, junto com um aglutinante ativo pulverizado na parte inferior das estruturas. Durante a instalação da lã de vidro, ela deve ser mantida seca o tempo todo, pois um aumento no teor de umidade causa um aumento significativo na condutividade térmica.

Condutividade térmica de lã de vidro

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 lã de vidro estão entre 0,023 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 , lã de vidro ) 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 Lã de Vidro

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 lã de vidro com 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,023 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 / 0,023 + 1/30) = 0,216 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,216 [W / m ² K] x 30 [K] = 6,48 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 6,48 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 194 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 Lã de Pedra

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 lã de pedra 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:

Condutividade térmica de lã de rocha

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 lãs minerais estão entre 0,020 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, lã de pedra ) 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.

Lã de Pedra – Lã de Rocha

Lã de pedra, também conhecida como lã de rocha,baseia-se em minerais naturais presentes em grandes quantidades em toda a terra, por exemplo, rochas vulcânicas, tipicamente basalto ou dolomita. Além das matérias-primas, também podem ser adicionadas lã de rocha reciclada ao processo, além de resíduos de escória da indústria metalúrgica. Combina resistência mecânica com bom desempenho térmico, segurança contra incêndio e adequação a altas temperaturas. Lã de vidro e pedra são produzidas a partir de fibras minerais e, portanto, são frequentemente chamadas de ‘lã mineral’. Lã mineral é um nome geral para materiais de fibra formados por fiação ou extração de minerais fundidos. A lã de rocha é um produto de fornalha de rocha derretida a uma temperatura de cerca de 1600 ° C, através da qual uma corrente de ar ou vapor é soprada.

As aplicações da lã de pedra incluem isolamento de tubos de isolamento estrutural, filtração, isolamento acústico e meio de crescimento hidropônico. A lã de pedra é um material versátil que pode ser usado para o isolamento de paredes, telhados e pisos. Durante a instalação da lã de rocha, ela deve ser mantida seca o tempo todo, pois um aumento no teor de umidade causa um aumento significativo na condutividade térmica.

Condutividade térmica de lã de rocha

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 lãs minerais estão entre 0,020 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, lã de pedra ) 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 Lã de Pedra

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 lã de pedra 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.

Como funciona o cobertor térmico de emergência

Como funciona o cobertor térmico de emergência

Como foi escrito, o isolamento térmico é baseado no uso de substâncias com condutividade térmica muito baixa. Mas, às vezes, a maneira mais eficaz de proteger pessoas ou dispositivos contra vazamentos ou ganho de calor é usar um isolador de radiação térmica. A radiação térmica não requer nenhum meio para transferência de energia. Além disso, a transferência de energia pela radiação é mais rápida (na velocidade da luz) e não sofre atenuação no vácuo.

Ao contrário da transferência de calor por condução ou convecção , que ocorre na direção da diminuição da temperatura, a transferência de calor por radiação térmica pode ocorrer entre dois corpos separados por um meio mais frio que os dois corpos. Por exemplo, a radiação solar atinge a superfície da Terra depois de passar por camadas frias de atmosfera em grandes altitudes.

Para isolar a radiação térmica , cobertores espaciais (dependendo da função, também conhecida como cobertor Mylar , cobertor térmico de emergência ou cobertor de segurança ) podem ser usados. Os cobertores espaciais foram desenvolvidos pela NASA pela primeira vez em 1964. Os isoladores altamente refletivos são frequentemente incluídos em kits de emergência (portanto, cobertores térmicos de emergência) e também são usados ​​por corredores de longa distância após terminar uma corrida para evitar um grande balanço na temperatura corporal. Os cobertores espaciais são projetados para refletir o calor de volta ao corpo ou desviar o calorquando usados ​​como abrigo do sol, eles podem ser usados ​​para isolar tudo, desde os rovers de Marte aos corredores de maratona, de satélites a protetores solares e de foguetes a residências. É uma das derivações mais simples, porém mais versáteis, da Agência. Folhas altamente refletivas em barreiras radiantes e sistemas de isolamento refletivo refletem o calor radiante longe de pessoas e espaços, tornando-os particularmente úteis em climas muito frios.

No caso de cobertores térmicos de emergência, os cobertores são usados ​​para prevenir / combater a hipotermia. Seu tamanho compacto antes do desenrolamento e peso leve os tornam ideais quando o espaço é escasso. Eles podem ser incluídos em kits de primeiros socorros e também em equipamentos de camping. Seu design reduz a perda de calor no corpo de uma pessoa que, de outra forma, ocorreria principalmente devido a:

• Radiação térmica. Como foi escrito, a transferência de calor por radiação Isso é alcançado pela minimização da taxa de transferência de calor por radiação, q [W / m ² ], de um corpo para o seu entorno é proporcional à quarta potência da temperatura absoluta . Nesse caso, a emissividade de um material também desempenha papel muito importante. A emissividade, ε , da superfície de um material é sua eficácia na emissão de energia como radiação térmicae varia entre 0,0 e 1,0. A superfície de um corpo negro emite radiação térmica a uma taxa de aproximadamente 448 watts por metro quadrado em temperatura ambiente (25 ° C, 298,15 K). Objetos reais com emissividades inferiores a 1,0 (por exemplo, papel alumínio) emitem radiação a taxas correspondentemente mais baixas (por exemplo, 448 x 0,07 = 31,4 W / m ² ). Veja também: Lei da radiação térmica de Kirchhoff
• Evaporação de água e convecção em larga escala. As mantas térmicas são geralmente feitas de uma película hermética BoPET (tereftalato de polietileno orientado biaxialmente) , causando impermeabilização e proteção contra o vento. Isso evita a convecção em larga escala e as perdas de calor causadas pela evaporação da transpiração.

A  potência emissiva do corpo negro ,  E _b  [W / m ² ] , de um corpo negro para seus arredores é proporcional à  quarta potência  da temperatura absoluta e pode ser expressa pela seguinte equação:

E _b  = σT ⁴

onde  σ  é uma constante física fundamental chamada constante de  Stefan-Boltzmann , que é igual a  5.6697 × 10 ^-8 W / m ² K ⁴  e T é a temperatura absoluta da superfície em K.

Materiais de isolamento

Como foi escrito, o isolamento térmico é baseado no uso de substâncias com condutividade térmica muito baixa . Esses materiais são conhecidos como materiais de isolamento . Os materiais de isolamento comuns são lã, fibra de vidro, lã de rocha, poliestireno, poliuretano e penas de ganso, etc. Esses materiais são condutores de calor muito fracos e, portanto, são bons isolantes térmicos.

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Tipos de isolamento – Categorização de materiais de isolamento

Para materiais de isolamento, três categorias gerais podem ser definidas. Essas categorias são baseadas na composição química do material base a partir do qual o material isolante é produzido.

Em leituras adicionais, há uma breve descrição desses tipos de materiais de isolamento.

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Exemplo – Painéis de isolamento a vácuo

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 painéis de isolamento a vácuo de 10 cm de espessura (L ₂ ) com a condutividade térmica de k ₂ = 0,013 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 / 0,013 + 1/30) = 0,125 W / m ² K

O fluxo de calor pode ser calculado simplesmente como:

q = 0,125 [W / m ² K] x 30 [K] = 3,76 W / m ²

A perda total de calor através desta parede será:

q _perda = q. A = 3,76 [W / m ² ] x 30 [m ² ] = 113 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.