Ar condicionado
Por quê é necessário isolar fachadas, tubulações e redes de dutos?
Aplicações são inúmeras e os materiais podem ter função térmica, estrutural, acústica, estética
postado em: 24/03/2011 13:06 h atualizado em: 31/05/2011 10:48 h
Aplicações para ar condicionado e refrigeração
(crédito: divulgação)

Ana Paula Basile Pinheiro

A eficiência de um isolamento térmico não está, apenas, em suas características técnicas ou na escolha da espessura adequada, mas também em sua correta aplicação. Isso demanda mão de obra especializada e devidamente treinada para instalar os materiais de acordo com os procedimentos técnicos recomendados por cada fabricante. De uma forma geral, em instalações de fluidos frios, deve-se tomar cuidado especial com a estanqueidade do sistema, mantendo homogênea a espessura do isolante, evitando zonas comprimidas e de pouca ventilação que favorecem o acúmulo de umidade.

De acordo com o engenheiro André Dickert, do Departamento Técnico Comercial da Polipex, há poucas décadas o mundo passou a experimentar um crescimento industrial e populacional desenfreado. Isso motivou o uso inadequado dos recursos disponíveis para suprir as necessidades energéticas, que crescem consideravelmente.

“No ritmo atual de consumo não podemos esquecer que essa energia esgotável, torna-se cada vez mais escassa e, consequentemente, mais cara. Com isso, o mundo está começando a se conscientizar de que é preciso preservar e reduzir a utilização de fontes não renováveis de energia, reduzir a poluição e melhorar as condições globais do meio ambiente.”

Para Dickert, em instalações de climatização e refrigeração a eficiência energética do sistema não depende somente dos equipamentos, mas de todos os seus componentes, principalmente do isolamento térmico que exerce papel fundamental, pois visa:

- Reduzir os ganhos de calor e auxiliar na conservação de energia: um sistema de isolamento térmico adequadamente projetado reduz, diretamente, as necessidades com a energia proporcionando uma economia significativa diante do seu alto custo, aumentando a produtividade e melhorando a qualidade do meio ambiente;

- Controlar as temperaturas e aumentar a eficiência operacional dos processos: através da redução nos ganhos de calor o isolamento auxilia a manter a temperatura da instalação dentro do valor predeterminado, aumentando a eficiência operacional do processo. O isolamento limita a transferência de calor nos sistemas dinâmicos ou a mudança brusca de temperatura, com o passar do tempo, em sistemas estáticos, principalmente quando ocorrem situações de emergência como a queda na energia elétrica ou fonte de calor.

- Prevenir ou reduzir a condensação superficial e interna: a forma mais efetiva de controlar a condensação superficial e interna consiste em especificar uma espessura adequada de isolamento com uma efetiva barreira de vapor para que a sua temperatura superficial se mantenha o mais acima possível da temperatura de orvalho, conforme as condições ambientais, afim de evitar a formação de condensação superficial  e restringir a migração de umidade para o interior do sistema isolante para evitar a condensação interna.


Dickert: espessura de isolamento para evitar a condensação é prioritária


Com isso, o isolamento térmico pode controlar potencialmente:

- O desempenho e vida útil do sistema;

- O desenvolvimento de fungos e, principalmente, os problemas de saúde relacionados com a água da condensação;

- A corrosão sob o isolamento de equipamentos, tubulações, válvulas e singularidades, causada pela água agregada e encerrada dentro do sistema isolante;

- O ruído de sistemas mecânicos, benefício agregado devido às suas características físicas.

O engenheiro da Armacell, Antonio Borsatti, acrescenta que no caso de tubulações de sistemas frigoríficos ou tubulações e redes de dutos em sistemas de ar condicionado, o isolamento térmico é essencial para que não haja ganhos de calor indesejados nesses elementos do sistema e as trocas de calor ocorram apenas nos locais desejados, dessa forma o isolamento térmico contribui para a eficiência do sistema e para economia de energia. No caso de fachadas, além de soluções como o sombreamento, o isolamento térmico é uma opção e pode ser utilizado para reduzir a carga térmica gerada pela insolação.

É fato que o isolamento térmico independentemente de onde aplicado, diz Robert van Hoorn, diretor da MPU, tem várias vantagens. “Em primeiro lugar, a preservação de energia, o aumento do conforto térmico e, em alguns casos, garante o funcionamento do sistema (sem ele o sistema não funcionaria independente da quantidade de energia gasta)”.

É fundamental que o uso da isolação seja analisada a cada projeto e os produtos isolantes sejam adequadamente especificados para maximizar os benefícios em redução de consumo de energia, melhorar as condições de operação dos equipamentos, evitar condensação e prolongar a durabilidade do isolamento.


Borsatti: isolamento térmico é essencial para que não haja ganhos de calor indesejados

 

“A isolação térmica possui um grande impacto na redução de consumo de energia e conforto aos usuários. Sendo o método mais eficaz em redução de consumo de energia nos mercados industriais e de construção civil. De um modo geral, existem aplicações destinadas a redução de consumo de energia, aplicações apenas para manter a temperatura de processo e aplicações de proteção pessoal, onde a face fria não pode ultrapassar 60ºC”, complementa Carlos Caruy, engenheiro da Isover.

Jair da Rosa, Gerente Comercial da Joongbo, acrescenta, ainda, a menor manutenção e menor desgaste dos equipamentos: “Além disso um bom isolamento propicia economia de energia elétrica, uma vez que evita a transmissão do calor para ambientes, condensação de redes de dutos, perda térmica , etc”.

O que se espera do material isolante?

Primeiro deve-se saber exatamente o que se espera do material isolante, ou seja, proporcionar economia de energia, proteção pessoal, evitar condensação, durabilidade e custos e economias envolvidas.

A partir daí com os dados de temperatura de operação, temperatura ambiente, condutividade térmica (relacionada com a temperatura de operação), umidade relativa, temperatura de face fria, custos de materiais e instalação é possível especificar o isolante térmico mais adequado para cada situação.

Caruy explica que a eficiência de um isolante térmico está relacionada com a espessura e condutividade térmica do isolante x temperatura de operação, às condições da instalação e exposição ao ambiente no qual será instalado. Cada material terá um comportamento diferente com resultados distintos, cabendo ao projetista escolher o mais adequado para seu projeto.

“Com a condutividade térmica e espessura do material, já começamos a identificar o desempenho de um isolante, que é a resistência térmica. Quanto maior a resistência térmica mais isolante é o produto e este valor deve ser o adequado para cada situação. Os produtos em lã de vidro, por exemplo,  possuem um excelente rendimento e custo benefício desde temperaturas de 0ºC a 550ºC, além de apresentar uma condutividade térmica inferior aos demais isolantes térmicos (base norma ASTM C 177)”.

Para aplicações em ar condicionado e refrigeração, uma vez definida a função do isolamento no sistema, como evitar perdas de energia, evitar a condensação, contribuir para atenuação de ruídos, etc, deve-se levar em consideração, além da faixa de temperatura de trabalho e das características técnicas do material, as normas especificas para a aplicação em questão.

“Tais normas poderão determinar requisitos como, por exemplo, o comportamento do material em caso de incêndio. Também é importante salientar que o dimensionamento do isolamento térmico cabe ao profissional que está projetando o sistema. Aos fabricantes cabe garantir a qualidade de seus produtos, oferecer suporte técnico e disponibilizar ferramentas como programas de cálculo para facilitar o dimensionamento”, diz Borsatti.

No campo do frio a obtenção de uma espessura de isolamento para evitar a condensação é prioritária sobre outros cálculos de espessuras econômicas ou redução de energia e é aquela na qual se obtém temperatura superficial superior à de orvalho, evitando dessa forma a condensação superficial. Os fatores que intervêm no cálculo da espessura são: a temperatura ambiente, a umidade relativa, a temperatura interna da instalação, o coeficiente de condutividade térmica do material isolante e o coeficiente superficial externo de transmissão de calor.

“Quer em instalações de refrigeração ou climatização, não só existe o risco da condensação superficial mas, também, da condensação intersticial, ou seja, quando o vapor de água, contido no ar atmosférico, penetra no isolamento devido à diferença de pressão parcial do vapor, umedecendo e comprometendo sensivelmente o funcionamento do sistema como um todo, causando sérios danos e aumentando as perdas energéticas. Tendo em conta que um isolamento molhado não está em condições de cumprir com os requisitos exigidos, é fundamental limitar ao mínimo e de forma permanente o processo de difusão do vapor de água selecionando um sistema de isolamento térmico adequado”, revela Dickert.

Assim sendo, deve-se optar por materiais isolantes com um fator de resistência à difusão do vapor de água (m). Os materiais que apresentam um baixo fator de resistência à difusão do vapor de água devem ser protegidos com uma barreira de vapor adicional.

Neste caso, é preciso ter em conta que esse tipo de sistema de isolamento não é composto exclusivamente pelo material isolante, mas por outros materiais complementares que irão desempenhar a função da barreira de vapor, portanto as boas características individuais desses materiais tornam-se irrelevantes se não forem instalados de acordo com os procedimentos técnicos recomendados. Contudo, na prática, dada a complexidade das instalações, às vezes torna-se difícil acrescentar uma barreira de vapor efetiva, especialmente em peças como curvas, tês, válvulas, flanges e similares. Isso faz com que essas barreiras não sejam totalmente eficientes, pois não asseguram a estanqueidade do sistema, podendo, inclusive, sofrer danos mecânicos ou deterioração ao longo do tempo, umedecendo as zonas mais próximas, inclusive todo o isolamento.

“Ao contrário dos demais materiais isolantes tradicionais, as espumas de polietileno e as espumas elastoméricas possuem um alto fator de resistência à difusão do vapor de água e dispensam qualquer tipo de recobrimento como barreira de vapor. A eficiência do isolamento térmico no campo do frio não depende apenas de sua baixa condutividade térmica inicial mas, também, do comportamento prático de sua efetiva barreira de vapor incorporada”, acrescenta o engenheiro da Polipex.


Instalações de fluidos frios, deve-se tomar cuidado especial com a estanqueidade do sistema

 

Um sistema de isolamento térmico deve ser corretamente projetado e instalado, e requer conhecimento e uma boa análise de todas as suas características, exigências, limitações e condições de contorno as quais o sistema está submetido, para que se possa assegurar o benefício da economia de energia, de forma efetiva ao longo do tempo de operação da instalação, devendo reunir todos os requisitos necessários, possibilitando o controle de suas características técnicas juntamente com o seu comportamento na prática para que o sistema possa conseguir, de forma contínua e permanente, manter a temperatura superficial acima da temperatura de orvalho, evitando a condensação e assegurando sua performance ao longo do tempo.

No caso de isolamentos térmicos de fluidos que operam abaixo da temperatura ambiente, não só existe o risco da condensação superficial mas também da condensação intersticial ou interna. Para entender isso é preciso saber que a pressão parcial de vapor de água do ar ambiente é maior que a pressão parcial de vapor do ar frio contido no isolamento e essa diferença de pressão ocasiona um fluxo constante do vapor de água do ambiente para o interior do material isolante. As temperaturas e as pressões de vapor variam no interior do isolamento de acordo com a natureza e a espessura das camadas. Se em algum ponto no interior desse isolamento a pressão de vapor é superior à pressão de saturação, o excesso de vapor de água passará para a forma líquida e a esse fenômeno dá-se o nome de condensação interna ou intersticial, ou seja, quando o vapor de água, contido no ar atmosférico penetra no isolamento, condensa e encharca o material.

“Não obstante ao “encharcamento” do material isolante, a água assim condensada poderá passar ao estado sólido desde que submetida à temperatura igual ou inferior a 0°C; a solidificação da água se dá com o aumento de seu volume específico, o que normalmente ocasiona danos de ordem mecânica no isolamento”, diz Dickert.

A existência da condensação interna causa perda na capacidade isolante, perda energética, corrosão, desenvolvimento de fungos, formação de gelo e, inclusive, a total ruína do isolamento. Para evitar a condensação interna deve-se projetar o isolamento na espessura necessária com materiais que possuam um alto fator de resistência à difusão do vapor de água (m) ou protegê-lo com uma barreira de vapor adicional.

As barreiras de vapor não asseguram a estanqueidade do sistema, pois sofrem danos mecânicos e deterioração ao longo do tempo, além de serem, geralmente, combustíveis. Portanto, a eficiência do isolamento térmico no campo do frio não depende apenas de sua baixa condutividade térmica inicial, mas fundamentalmente do comportamento prático de sua efetiva barreira de vapor incorporada, capaz de garantir um comportamento estável e homogêneo ao longo dos anos de funcionamento da instalação, tanto da condutividade térmica como da performance energética do sistema isolante.

A escolha do material adequado

Nos últimos anos a quantidade de materiais para isolamento térmico disponível no mercado tem aumentado e contribuído para um isolamento melhor dos sistemas.

“Temos a lã de vidro, material tradicional usado para isolamento de dutos; borracha elastomerica utilizada para isolamento de tubulações; espuma rígida de poliuretano que na fabricação dos dutos contribui para redução de tempo de obra e promove a estanqueidade com excelentes resultados e o poliestireno”, diz o diretor da MPU.

Com relação aos materiais, eles se diferem pela sua composição podendo ser fibrosos, celulares, granulares. De acordo com a composição de cada um, terão distintas propriedades térmicas, acústicas, mecânicas, durabilidade e de resistência ao fogo.

“Os materiais isolantes podem ser fibrosos, celulares ou granulares sendo que os fibrosos e os celulares podem ser rígidos ou flexíveis. Os materiais podem ou não ser resistentes à difusão de vapor de água. Esses materiais apresentam inúmeras diferenças como as temperaturas de trabalho, facilidade e custo de instalação, comportamento em caso de incêndio, etc. Além de diferenças básicas como a condutividade térmica, a eficiência dos materiais está diretamente ligada à aplicação. Materiais ideais para determinadas aplicações podem ser pouco eficientes para outras. Por este motivo a escolha do material está diretamente ligada à aplicação. Os materiais fibrosos, por exemplo, que são uma ótima solução para altas temperaturas por ter baixo custo e condutividade térmica baixa, não se mostram eficientes para baixas temperaturas por necessitarem de complexas barreiras de vapor que além de terem eficiência questionável, geram sujeira na obra e encarecem e aumentam o tempo de instalação do sistema. Para essas aplicações, os materiais com alta resistência à difusão de vapor são a melhor solução”, explica o engenheiro da Armacell.

Caruy acrescenta a lã de vidro para aplicações em sistemas de ar condicionado, seja no isolamento do duto metálico ou o próprio duto em lã de vidro, além do isolamento térmico e acústico em paredes como o DryWall, e produtos para aplicação em indústrias com performance em até 550ºC (linha de painéis industriais ou mantas industriais com revestimento em tela de tecido de vidro).

As aplicações também são inúmeras e os materiais podem ter adicionalmente à função térmica, a função estrutural, acústica, estética, etc...

Dessa forma, alguns materiais ficaram tradicionalmente associados a determinadas aplicações, como as espumas elastoméricas de alta resistência à difusão de vapor de água para sistemas a baixas temperaturas e as lãs para sistemas a altas temperaturas.

Além das características próprias de cada material isolante, diversos fatores são determinantes na sua durabilidade, como por exemplo: a temperatura operacional e as condições de contorno (temperatura ambiente, umidade relativa, velocidade do ar externo, localização interna ou externa, ambiente estanque ou com pouca ventilação, distanciamento mínimo entre tubulações, equipamentos e alvenaria), qualidade na aplicação do material e na sua manutenção. Um mesmo tipo de material isolante, se submetido a diferentes condições de contorno, apresentará resultados distintos quanto ao seu desempenho e na limitação de sua vida útil. Ou seja, um sistema isolante submetido a condições de contorno mais severas e desfavoráveis (superfícies do isolamento muito próximas umas das outras que dificultam a livre circulação do ar e a consequente troca de calor ao seu redor e/ou localizadas em ambiente estanque e/ou com alta umidade relativa) apresentará menores índices de desempenho e durabilidade se comparado com sistema isolante submetido a condições mais amenas e favoráveis (distanciamento das superfícies do isolamento acima do mínimo recomendável e/ou localizado em ambiente com ventilação adequada e/ou umidade relativa mais baixa ou controlada).

De uma forma geral, quando uma instalação nova entra em operação, ou seja, quando a condutividade térmica do material isolante ainda não sofreu influência significativa da ação da difusão do vapor de água, a redução média nas perdas energéticas pode chegar a 88%.

Com o decorrer do tempo, os sistemas que utilizam materiais com baixo fator de resistência à difusão do vapor de água, ou seja, que necessitam ser protegidos com uma barreira de vapor adicional, tornam-se muito mais suscetíveis à ação da difusão do vapor de água, pois essas barreiras não asseguram a estanqueidade do sistema, quer seja por falhas em sua aplicação, eventuais danos mecânicos que possam sofrer, eventuais manutenções na linha onde não se toma o cuidado de selar novamente a barreira ou pela própria deterioração natural ao longo do tempo. Com isso ocorre uma rápida elevação nos valores da condutividade térmica desses sistemas que traz como consequências o aumento nas perdas energéticas, sobrecarregando o sistema e comprometendo a sua eficiência e vida útil. Muitas vezes, com pouquíssimo tempo de operação da instalação os materiais isolantes desses sistemas podem atingir valores máximos de absorção de vapor de água em consequência da difusão, deixando de cumprir a sua função como isolantes térmicos e reduzindo a economia energética média inicial de 88% para algo em torno de 44%.

“Cabe fazer uma ressalva no que se refere a esse tipo de sistema: é comum, em instalações antigas ou existentes, os mantenedores dizerem: “esse isolamento já está instalado há 20 anos e nunca condensou”, pois avaliam o isolamento a frio somente pelo fenômeno da condensação superficial, ou seja, a idéia que se tem é que o isolamento está com problemas somente quando apresenta condensação superficial. Em alguns casos a condensação superficial pode ocorrer por falha no dimensionamento da espessura do isolamento, mas na maioria dos casos é devido às condições climáticas que eventualmente sofrem alteração e das quais não temos controle ou das condições de contorno muito severas e desfavoráveis, onde de nada adianta adotar espessuras de isolamento muito elevadas como solução, que matematicamente tendem ao infinito e que requerem outras medidas como promover a convecção forçada e/ou introduzir calor sensível ou promover o controle da temperatura ambiente e umidade relativa do local”, informa Dickert.

Por outro lado, a ausência da condensação superficial não significa que a eficiência do sistema isolante não esteja comprometida, pois a condensação interna é um inimigo invisível e, portanto, de difícil detecção, onde a umidade gerada pela difusão do vapor de água permanecera encerrada no interior das células do isolante por tempo indeterminado, causando a elevação nos valores da condutividade térmica inicial do isolante e, consequentemente, no consumo de energia, por exigir mais do sistema na manutenção da temperatura da instalação dentro do valor predeterminado. Pode-se detectar a condensação interna através da observação no aumento significativo do consumo de energia e das manutenções dos demais componentes do sistema que passam a operar sobrecarregados para suprir o comprometimento do isolante térmico. Em sistemas que utilizam materiais com alto fator de resistência à difusão do vapor de água, ou seja, que dispensam toda e qualquer cobertura adicional como barreira de vapor, como por exemplo as espumas de polietileno e elastomérica, que possuem uma efetiva barreira de vapor incorporada ao longo de toda a sua espessura, os índices de absorção de água por difusão são muito baixos e, portanto, os aumentos nos valores da condutividade térmica são praticamente insignificantes, assegurando um desempenho homogêneo ao longo dos anos de operação da instalação.


van Hoorn: quantidade de materiais disponível melhorou isolamento dos sistemas

 

“Após 10 anos de operação, levando-se em consideração que o material isolante tenha sido aplicado corretamente e as eventuais manutenções tenham sido realizadas de forma adequada, um sistema que utiliza como material isolante as espumas de polietileno ou elastomérica, se mantém praticamente estável, proporcionando ainda uma economia média de energia na ordem de 83%. O que se vê por aí são isolamentos sem qualquer tipo de proteção adequada contra os raios UV. Algumas vezes os tubos isolantes são envolvidos com algum tipo de fita adesiva comum, que não promove a proteção requerida e, pior ainda, muitas vezes encobre outro problema grave que são as juntas sem adesivamento, ou seja, a barreira de vapor, própria desses materiais, fica integralmente corrompida. Aliás, excetuando-se os casos em que o tubo isolante é deslizado através das extremidades abertas da tubulação, a maioria das instalações deste tipo apresenta os tubos isolantes com as juntas abertas sem qualquer adesivamento. Tudo leva a crer que os instaladores desconheçam a importância da estanqueidade do sistema ou pensam que o adesivo só serve para promover a fixação do tubo isolante e, nesse caso, por questão de economia, acabam optando por cintas plásticas de nylon de travamento automático, afixadas tão fortemente que estrangulam o tubo isolante a tal ponto que a linha fica parecendo uma “fieira de linguiças estragadas”. Mesmo no caso do tubo que não sofreu corte longitudinal para a sua instalação, suas extremidades recebem a tal cinta ao invés de serem adesivadas diretamente na tubulação. Tais práticas, além de totalmente incorretas, geram “pontes térmicas”, pois o estrangulamento promove a diminuição na espessura do isolamento, ocasionando a condensação localizada”, observa Dickert.

Portanto, é necessário escolher cuidadosamente, ao se projetar essas instalações, um sistema de isolamento térmico adequado. O usuário final deve controlar e exigir materiais certificados, procedentes de fabricantes idôneos e qualidade na aplicação, de acordo com os procedimentos corretos e recomendados pelos fabricantes, para assegurar o benefício da economia de energia proposto pelo material isolante, através de seu desempenho estável ao longo de todo o tempo de funcionamento da instalação.

Meio ambiente e saúde ocupacional

O mercado hoje, mais receptivo e consciente, exige materiais que não causem impactos negativos ao meio ambiente e à saúde das pessoas e que atendam aos objetivos do Protocolo de Quioto, do GWP (Global Warming Potencial), do LEED (Leadership in Energy and Environmental Design), do SCAQMD (South Coast Air Quality Management Districts), da EPA (Environmental Protection Agency’s), da REACH (Registration, Evaluation, Autorisation and restriction of Chemical Substances) e etc.

Pela sua aplicação, os isolantes térmicos estão entre os únicos materiais cujo impacto ambiental é positivo, ou seja, a economia de energia que ele proporcionará ao longo do tempo supera, em muito, os gastos em sua produção, por isso, estes produtos devem ser produzidos com muita responsabilidade na garantia de sua eficiência.

Como o número de produtos nesta categoria de isolamento tem aumentado, cuidados devem ser tomados na seleção do produto adequado, para uma aplicação específica e em sua correta instalação.

Van Hoorn acrescenta que nos últimos anos houve um progresso muito grande nos tipos de materiais usados no isolamento de ar condicionado. “Na maioria das praças já não se usa mais o poliestireno expandido que pinga em caso de incêndio e tem fumaça preta. No caso da espuma rígida de poliuretano, ela não propaga chama, tem densidade ótica de fumaça dentro dos limites, o que ajuda aos ocupantes do edifício acharam a saída. Também não libera gases tóxicos em concentrações acima dos limites permitidos”.

Quanto à fumaça e ao fogo, Borsatti alerta para as normas como a NBR 16.401 e instruções do Corpo de Bombeiros que têm recomendações que devem ser seguidas visando a segurança dos ocupantes das edificações onde estão instalados os isolamentos térmicos. Essas recomendações devem ser levadas em consideração pelos projetistas.

“Outro fator que afeta a saúde das pessoas é a proliferação de microorganismos nocivos à saúde (fungos e bactérias) em materiais isolantes. Essa questão deve ser levada em consideração na escolha do material que será utilizado em hospitais, centros cirúrgicos, laboratórios, na indústria alimentícia e em edificações residenciais e comerciais”, conclui ele.

Por Ana Paula Basile Pinheiro - editora da revista Climatização & Refrigeração

Compartilhe essa matéria !
Deixe seu Comentário !


Seu nome:
 
Seu e-mail:
 
Mensagem:




Comentários