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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
 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
 ,
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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