O que é lã de vidro – Definição

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.