Frio:
“O isolante mantêm o frio
fora?” é uma pergunta freqüentemente feita.
A resposta é, da mesma maneira que
materiais comuns, como o vidro, tijolo, papel de parede, etc e na medida em que
ele previne a infiltração do vento.
Frio é a ausência de calor. É o calor
que flui em direção ao frio, com exceção em alguns casos diferenciados de
convecção ou em convecção forçada por exemplo com ventilador.
Suponha a
janela aberta, buracos ou fendas num edifício com calefação. Suponha ainda que o
ar fora apesar de muito frio está absolutamente parado. O frio não deverá
entrar, mas o calor deverá sair, parte por convecção, um pouco por condução, e
grandemente por radiação, até que o equilíbrio térmico entre o edifício e
arredores seja alcançado.
Mesmo não tendo aberturas ou buracos e mesmo
que assumindo um edifício fechado hermeticamente (ar), apesar de tudo isto, o
calor sairá dessa estrutura no inverno por radiação, condução e convecção, porém
com menor velocidade.
Suponha duas pequenas caixas quentes, idênticas com
exceção que uma delas têm algumas aberturas nela, que são colocadas dentro de um
refrigerador muito frio e com ar parado.
O calor sairá das duas caixas
até atingir o equilíbrio térmico com o refrigerador, mas com maior velocidade da
caixa que têm aberturas.
Portanto, o problema é o estudo do fluxo de
calor ou transferência de calor.
Transferência de
Calor:
Todos os elementos (substâncias),
incluído nisto todos os materiais de construção (inclusive os isolantes),
transferem calor ou resistem ao fluxo de calor através do mesmo
método.
As mesmas leis da natureza são obedecidos por todos os objetos
físicos, incluindo alumínio, papel, algodão, madeira, fibra de madeiras, pedras,
vidro, lã mineral, espaço com ar, gesso, tijolo, ferro, seres humanos, animais,
plantas, o sol, a terra etc.
O calor flui apenas por: CONDUÇÃO,
CONVECÇÃO e por RADIAÇÃO.
As diferenças estão na
intensidade da Condução, a taxa de
radiação Absorvida e Emitida e a
quantidade de Convecção.
Essas diferenças de quantidades são
devidas por diferenças em densidade, peso, formato, permeabilidade, estrutura
molecular das superfícies, e outras características físicas
comuns.
Condução:
É o fluxo de
calor que atravessa diretamente a matéria, resultado de real contato físico de
uma parte de um objeto com a sua parte adjacente, ou de um contato de um objeto
com outro.
O objeto pode
ser gás como o ar, ou um sólido denso como o ferro, chumbo ou urânio.
A transmissão
de calor é por movimento molecular onde as moléculas transmitem sua energia para
moléculas adjacentes que têm o movimento aumentado. Isto aumenta as suas
temperaturas sem significativo deslocamento das partículas.
O sentido do fluxo de calor em
qualquer direção, por condução é do quente para o frio.
Convecção:
É a transferência ou transporte de
calor no meio gasoso ou líquido, através do fluxo do próprio gás ou líquido
aquecido.
Em espaços dentro de edifícios
transferência de calor por convecção ocorre largamente no sentido de baixo para
cima, em alguma quantidade lateralmente e nunca de cima para
baixo.
Convecção pode ser ocorrer
mecanicamente, por exemplo com o uso de ventiladores chamado convecção forçada.
Convecção livre é quando ocorre
naturalmente, que é o caso em espaços nos edifícios.
Por exemplo, no primeiro instante que:
um aquecedor, pessoa, piso, parede, móveis etc perde calor é por condução para o
ar frio ao redor do objeto, o calor adicionado ativa as moléculas do ar. O ar
aquecido expande e torna-se menos denso e sobe enquanto que o ar frio mais
denso, flui pela lateral em substituição ao ar quente. O movimento é
turbulentamente de baixo para cima, com componentes de movimentos
laterais.
Radiação:
Radiação eletromagnética
Transmissão de
energia na forma de ondas, contendo um componente elétrico e outro magnético,
por ser produzida pela aceleração de uma carga elétrica em um campo magnético. O
espectro da radiação eletromagnética engloba a luz <!--[if !vml]--><!--[endif]--> visível, os raios gama, as ondas de
rádio, as microondas, os raios x, ultravioleta, infravermelho. As diferenças
estão no comprimento das ondas e na freqüência da radiação, que fazem com que
tenham diferentes características, como o poder de penetração dos raios X ou o
aquecimento do infravermelho.
Uma fonte de
radiação, como o Sol <!--[if !vml]--><!--[endif]-->, pode emitir luz dentro de um
espectro variado. Por exemplo, decompondo-se a luz solar com um prisma é
possível ver um espectro de cores, como as do arco-íris. Outras são invisíveis
ao olho humano mas detectáveis por instrumentos.
Os Três Processos em
Radiação:
Radiação envolve três processos, um
deles é o fluxo de raios emanando de uma superfície até um outro objeto e é
chamado de EMISSÃO que é medido por uma taxa que é chamada de
EMISSIVIDADE.
Os outros dois processos são chamados
de ABSORÇÃO e REFLEXÃO sendo que suas taxas são chamadas de ABSORVIDADE e
REFLETIVIDADE.
Emissividade:
A taxa com que os raios de calor fluem
de uma superfície, ou sua emissividade, está relacionada com a habilidade da
superfície em absorver raios de calor. E é medido por comparação à taxa em que
uma superfície que estando às mesmas condições iria absorver toda a radiação que
a atingiria sem nenhuma reflexão.
Todos os materiais possuem as suas
emissividades, teoricamente indo de 0 a 1 (100%) em valor. Nenhuma energia seria
radiada por uma superfície com emissividade zero enquanto que na outra
extremidade teríamos uma superfície com emissividade 1 (100%).
O termo emissividade, que quer dizer a
taxa com que flui os raios de calor de uma superfície não é o mesmo que a
quantidade do fluxo de calor. Esta quantidade irá variar dependendo do tempo de
exposição, temperatura, capacidade calorífica do objeto etc.
A emissividade de materiais comuns
como: madeira, papel, vidro, rocha, asfalto, lava e isolantes comuns é
aproximadamente 90% da taxa máxima.
Alumínio comercial puro como o filme
de alumínio têm emissividade de apenas 3% a 5% muito perto do zero da escala de
emissividade.
Independente do tipo de material usado
na confecção dos objetos, caso a superfície de um deles for coberto com um
material com 90% de emissividade e a superfície do outro com um material com 3%
de emissividade, teremos uma drástica diferença nas taxas de radiação ou fluxo
de raios de calor destes dois objetos idênticos.
Por exemplo, tenha 4 radiadores de
ferro que possuem emissividade da sua superfície de 24% e pinte um deles com
pintura aluminizada ou bronzeada, outra com pintura comum, cubra a terceira com
asbesto e a quarta com o BRASFOIL.
O radiador pintado com tinta comum e o
radiador coberto com asbesto irá irradiar mais por causa da alta emissividade
destes materiais. Muito maior que a da pintura aluminizada e maior também que
originalmente de ferro.
Mesmo pintando a superfície pintada
anteriormente com tinta aluminizada ou pintando o BRASFOIL com tinta comum
mudaremos a emissividade para 90%.
Absorvidade e
Refletividade:
Quando raios de energia de qualquer
comprimento de onda atingem a superfície de um objeto o calor é gerado no objeto
no grau de absorção destes raios. Este calor então espalha-se através da massa
deste objeto por condução.
Os raios infra vermelhos com seus
comprimentos de onda longos geram enormes quantidades de energia a mais que os
raios de luz com seus comprimentos de ondas curtas.
As superfícies metálicas são
geralmente boas refletoras e pobres absorvedores e também pobres emissores de
radiação. O ouro, prata e alumínio têm uma refletividade de mais de 95% com uma
absorvidade e emissividade de 5% ou menos. Mesmo o ferro comum têm uma
emissividade de 24% e refletividade de 76%.
A isolação térmica com o uso de um
metal é possível fazendo uso da vantagem da baixa emissividade térmica do
alumínio e da baixa condutibilidade térmica do ar, sendo que é possível eliminar
praticamente a transferência de calor por radiação e por
condução.
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