Quando é necessária a adoção de isolamento térmico nas tubulações? Será que o custo envolvido para adotar esta solução nos traz algum benefício? O que você precisa saber, antes de ler este texto, é que não existe uma fórmula universal para definir a espessura de um isolamento e onde deve-se aplicar. O engenheiro deve utilizar os conceitos de calor, custos e lógica para enfim chegar ao resultado final.
Aquecedores, reservatórios de água quente, equipamentos e tubulações do sistema predial de água quente devem ser projetados e instalados de forma a reduzir perdas térmicas.
As perdas de calor devem ser estimadas no projeto em função dos materiais utilizados nos
componentes e das peculiaridades do sistema predial de água quente, como a forma e local de instalação, a temperatura prevista para a água, etc.
O sistema de distribuição de água quente deve ter isolamento térmico em toda a sua extensão. Neste caso, se considera somente quando temos distribuição através de aquecimento central, onde o sistema é abastecido por um reservatório de água quente.
Eficiência térmica das tubulações
Antes de analisar a eficiência do isolante térmico, precisamos analisar a eficiência da tubulação de água quente. A eficiência pode ser medida pela condutividade térmica, quanto mais alto o valor, menos eficiente ele é. Você pode conferir nesta tabela.
Fonte: Portal AECweb.
Note que as tubulações em PPR são menos eficientes que as de CPVC em relação à condutibilidade térmica.
Quantidade de calor transmitida
Pode-se estimar a quantidade de calor transmitida através da lei de Ohm que é expressa com a seguinte fórmula:
q = (Ta-Tf)/R
Onde,
q = Transmissão de calor em kcal/h
R = Resistência total da transmissão de calor.
Ta = Temperatura ambiente
Tf = Temperatura do fluido
Para tubulações, utiliza-se a seguinte fórmula:
q = 2 x L x (Ta-Tf)1i x ln (rei/rii)
Onde,
q = Transmissão de calor em kcal/h;
L = Comprimento da tubulação em metros;
Tf = Temperatura do fluído em °C;
Ta = Temperatura ambiente em °C;
= Condutividade térmica do tubo ou isolante térmico em kcal/m.h.°C;
re = raio externo do isolante térmico ou tubo em metros;
ri = raio interno do isolante térmico ou tubo em metros.
Na razão, faz-se o somatório de cada material diferente.
Como determinar a economia e eficiência de um isolamento térmico?
A importância da presença de isolamento térmico numa tubulação conduzindo água quente pode ser medida por sua eficiência. Ou seja, a relação entre o calor economizado, utilizando-se o isolamento, e o calor perdido através da tubulação desprovida de isolamento.
Economia = Energia sem isolamento – Energia com isolamentoEnergia sem isolamento
No balanço de energia vamos considerar a potência instalada multiplicada pelo tempo de uso e somando-se a energia dissipada no tempo. Interessante considerar um tempo a longo prazo como meses ou anos.
Determinando a espessura ideal para o sistema
O projetista deve utilizar o isolante de melhor custo benefício para o sistema.
Para determinar o custo benefício, basta realizar um estudo técnico financeiro, descrevendo cada material e suas variáveis de espessura e comparando seu custo ao longo do tempo versus a sua economia de energia.
Para realizar o estudo técnico financeiro, basta realizar o mesmo procedimento para diversas espessuras e encontrar o seu custo ao longo do tempo (material, execução e manutenção)
A espessura do isolamento se dá de acordo com o seguinte gráfico.
Fonte: ABRAVA.
Quais são os elementos isolantes mais comuns para as tubulações de água quente?
Os elementos isolantes mais comuns a serem utilizados são os descritos abaixo.
Fonte:Portal AECweb.
Exemplo – Por que em sistemas com aquecimento de passagem não é viável utilizar isolante térmico?
Imagine uma tubulação de um apartamento, onde não há recirculação de água. A água quente dentro da tubulação ficará parada e com o tempo perderá calor para o ambiente. Será que utilizar um isolante ajuda?
Dados:
Diâmetro interno da tubulação = 28mm
Diâmetro externo da tubulação = 32mm
Condutividade térmica do tubo de CPVC = 0,137 W/m.°C ou 0,118 kcal/h.m.°C
Temperatura da água = 60°C
Temperatura ambiente = 15°C
Aplicando na fórmula da transferência de calor, considerando 1 metro de tubulação, temos:
q = 2 x 1 x (15-60)10,118 x ln (0,032/0,028)= -249,86 kcal/h/m
Considerando que será aquecido o volume de 1 metro de tubulação, quanto de energia será necessária? Utilizara-se a fórmula já vista anteriormente para calcular a quantidade de calor.
Q = m . c . (Tf – Ta) = 0,022²4x 1000 x (60-15) =17,11 kcal/m
Sabendo disso, em quanto tempo será perdido o calor que foi fornecido para a tubulação? Basta dividir Q por q, retirando-se o sinal negativo pois ele significa que está perdendo calor.
t = Q/q = 17,11/249,86 = 0,068 horas ou aproximadamente 4 minutos
Considerando um isolante de espuma de polietileno de 5mm, um dos mais utilizados, qual será o tempo necessário para perder calor?
q = 2 x 1 x (15-60)10,118 x ln (0,032/0,028) + 10,044x ln (0,037/0,032)= -63,81 kcal/h/m
Com esta configuração o calor vai demorar para dissipar em:
t = Q/q = 17,11/63,81 = 0,268 horas ou aproximadamente 16 minutos
Analisando o resultado: Qual é a frequência que você acredita que um usuário utiliza a água quente durante o dia? pouca né? Mais de horas. Faz sentido isolar a tubulação?
Agora analisando em um sistema de recirculação, que toda vez que a água chegar a uma determinada temperatura o sistema liga sozinho, o isolamento faz sentido pois o isolamento aumentou em 4x a eficiência do sistema, diminuindo o gasto de energia em recirculação e reaquecimento.
Portanto, só utiliza-se isolamento em sistemas com recirculação de tubulação e tubulações de distribuição central como sistema de aquecimento solar e reservatórios de água quente.
Confira o vídeo que mostra o passo a passo desta explicação e muito mais.
Link do vídeo: https://youtu.be/WsfN3yYjlGY
Material adicional: https://educacao.escolaaplicar.com.br/como-calcular-o-isolamento-termico-da-tubulacao
Autor: Engenheiro Civil Allan Souza Mendes.
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