Isolamentos térmicos em AVAC&R (10958)

Introdução

Numa instalação de AVAC&R o isolamento térmico é o trabalho que toda a gente vê e poucos fazem bem. Um circuito frigorífico bem montado, bem ensaiado e bem carregado pode perder uma parte importante da sua capacidade, gastar energia a mais e deixar um rasto de água no teto falso, apenas porque a linha de aspiração ficou com uma junta aberta ou porque a barreira de vapor foi furada por uma abraçadeira. O isolamento não é um acabamento estético: é uma parte do sistema, com função, cálculo, procedimento de aplicação e manutenção.

Esta sebenta foi escrita para a oficina. Segue a ordem do referencial: primeiro o conceito de isolamento térmico e os critérios de dimensionamento; depois uma abordagem genérica ao isolamento dos edifícios; em seguida os materiais usados em AVAC e refrigeração (tipos, características e aplicação); a aplicação em tubagens e paredes de sistemas frigoríficos, com o procedimento passo a passo; a manutenção dos isolamentos em refrigeração; a aplicação em AVAC e a respetiva manutenção; e, por fim, um estudo de caso de custo-benefício.

Objetivos de aprendizagem (referencial): descrever o conceito de isolamento térmico, os principais tipos e o respetivo dimensionamento; instalar os principais tipos de materiais isolantes, analisar o estado de conservação e a sua substituição; reconhecer a eficácia dos sistemas de isolamento utilizados e a ordem de grandeza do custo-benefício associado a essa eficácia.

Como estudar com esta sebenta. Cada capítulo traz explicação, tabelas de consulta e exemplos resolvidos passo a passo. Refaz as contas com a calculadora antes de leres a solução. Sempre que possível, repete o procedimento na oficina com um troço de tubo de cobre e um tubo de isolamento: aplicar isolamento aprende-se com as mãos, e a diferença entre uma junta bem feita e uma junta mal feita só se percebe depois de se ter feito as duas.

Sobre valores e regulamentação. Os valores de condutibilidade, resistência à difusão do vapor e custos que aparecem nos exemplos são valores de ordem de grandeza, escolhidos para que as contas sejam claras. Na vida real usa-se sempre o valor da ficha técnica do fabricante do produto que vai ser aplicado. As espessuras mínimas exigidas e o enquadramento regulamentar do desempenho energético dos edifícios e dos seus sistemas técnicos são matéria regulada: consultam-se na redação em vigor dos diplomas aplicáveis e dos documentos técnicos que os acompanham, nunca de memória e nunca nesta sebenta.

1. O que é o isolamento térmico

O calor passa sempre do corpo mais quente para o mais frio. Isolar termicamente é tornar essa passagem mais difícil, interpondo entre as duas zonas um material que conduz mal o calor. Em AVAC&R isolamos por dois motivos opostos, conforme o fluido esteja mais frio ou mais quente do que o ar à volta:

• Fluido frio (linha de aspiração, água gelada, ar insuflado frio, câmara frigorífica): o isolamento impede que o calor do ambiente entre no circuito. Evita-se perda de capacidade, gasto de energia e condensação na superfície.
• Fluido quente (água quente de aquecimento, linha de descarga, ar insuflado quente): o isolamento impede que o calor se perca para o ambiente. Evita-se desperdício de energia e protege-se quem toca na tubagem.

1.1 As três formas de transmissão de calor

Os materiais isolantes são, quase todos, materiais com muito ar (ou gás) preso em células minúsculas. O ar parado conduz mal o calor. Se as células se enchem de água, o material passa a conduzir muito mais: por isso o isolamento molhado deixa de isolar.

1.2 Grandezas que se usam sempre

• Condutibilidade térmica, λ (lambda), em W/(m·K): quantidade de calor que passa por metro de espessura, por metro quadrado, por cada kelvin de diferença de temperatura. Quanto menor, melhor isola. Depende da temperatura média e do estado do material.
• Resistência térmica, R, em m²·K/W: R = e / λ, em que e é a espessura em metros. Quanto maior, melhor. As resistências de camadas em série somam-se.
• Coeficiente de transmissão térmica, U, em W/(m²·K): U = 1 / R total. Quanto menor, melhor.
• Coeficiente de transferência superficial, h, em W/(m²·K): descreve a troca de calor entre a superfície e o ar. Em ar interior calmo, um valor de ordem de grandeza de 8 W/(m²·K) para a superfície exterior é razoável nos cálculos de oficina.
• Fluxo de calor: em superfície plana, q = U × ΔT, em W/m². Em tubagem, expressa-se por metro de tubo, em W/m.

Duas regras práticas que se verificam em tudo o que se segue:

1. Dobrar a espessura não reduz as perdas a metade. Há a resistência superficial do ar, que não muda, e, nos tubos, o aumento do diâmetro exterior aumenta a área de troca.
2. O primeiro centímetro rende mais do que o quinto. É por isso que existe uma espessura económica: a partir de certo ponto, o isolamento extra custa mais do que poupa.

Exemplo resolvido · resistência térmica de um revestimento

Um painel de isolamento tem 40 mm de espessura e λ = 0,040 W/(m·K). Qual é a sua resistência térmica? E se for o dobro da espessura?

1. Converter a espessura: 40 mm = 0,040 m.
2. R = e / λ = 0,040 / 0,040 = 1,0 m²·K/W.
3. Com 80 mm: R = 0,080 / 0,040 = 2,0 m²·K/W.

A resistência dobra com a espessura numa superfície plana. Já o fluxo total não reduz a metade, porque a resistência do ar à superfície (cerca de 1/8 = 0,125 m²·K/W) fica igual nos dois casos.

2. Critérios de dimensionamento

Dimensionar o isolamento é escolher o material e a espessura. Não há uma só resposta: depende do critério que manda. Em AVAC&R, os critérios são quatro e aplicam-se por esta ordem de risco.

2.1 Critério 1 · Evitar condensação superficial

É o critério que manda em tudo o que está abaixo da temperatura de orvalho do ambiente: aspiração de refrigeração, água gelada, condutas de ar frio, evaporadores. A superfície exterior do isolamento tem de ficar acima da temperatura de orvalho do ar envolvente. Se não ficar, forma-se água na superfície, o isolamento molha-se e a instalação "sua".

A temperatura de orvalho depende da temperatura e da humidade relativa do ar. Valores de ordem de grandeza, calculados com a fórmula de Magnus:

Como se obtém a temperatura de orvalho na oficina. Há três caminhos, e qualquer um serve.

1. Ler no termo-higrómetro. A maior parte dos aparelhos de oficina mostra a temperatura de orvalho a par da temperatura e da humidade relativa. É o caminho normal em obra.
2. Ler na carta psicrométrica. Entra-se com a temperatura do ar e a humidade relativa, desce-se na vertical até à linha de saturação e lê-se a temperatura de orvalho.
3. Calcular pela fórmula de Magnus, com a temperatura T em °C e a humidade relativa HR em %:

α = ln(HR / 100) + 17,62 × T / (243,12 + T)

T_orvalho = 243,12 × α / (17,62 − α)

Exemplo: T = 24 °C e HR = 60 %. α = ln(0,60) + 17,62 × 24 / 267,12 = −0,511 + 1,583 = 1,072. T_orvalho = 243,12 × 1,072 / (17,62 − 1,072) = cerca de 15,8 °C.

Os coeficientes 17,62 e 243,12 °C são os de uso corrente desta fórmula para ar húmido acima de 0 °C. O resultado é uma aproximação, suficiente para dimensionar isolamento; em projeto usa-se a carta psicrométrica ou a função do aparelho.

Repara: um dia de verão em Lisboa com 28 °C e humidade alta já dá uma temperatura de orvalho perto dos 24 °C. Uma espessura que "chega" a 70 % de humidade falha a 80 %. Dimensiona-se para as condições mais desfavoráveis do local (cozinha, lavandaria, piscina, zona costeira, casa de máquinas sem ventilação), não para o dia de inspeção.

2.2 Critério 2 · Limitar as perdas ou os ganhos de calor

Escolhe-se a espessura em que o custo da energia poupada compensa o custo do isolamento (espessura económica) ou em que as perdas ficam abaixo de um valor máximo imposto. Os valores impostos para sistemas técnicos de edifícios constam da regulamentação em vigor; a oficina consulta-os na fonte, projeto a projeto.

2.3 Critério 3 · Proteção de pessoas

Tubagens quentes acessíveis (descarga do compressor, água quente de aquecimento, vapor) têm de ficar a uma temperatura superficial que não queime ao toque. O isolamento, o acabamento exterior e a distância às zonas de passagem fazem parte desta proteção. Também as superfícies muito frias (linhas de baixa temperatura) queimam por contacto.

A temperatura superficial admissível depende do material do acabamento e do tempo de contacto previsível, e fixa-se no projeto; confirma-se na redação em vigor da norma de superfícies quentes aplicável. A regra de oficina é: tubagem quente acessível leva isolamento e acabamento, e o que não se isola sinaliza-se e afasta-se das zonas de passagem.

2.4 Critério 4 · Condições de funcionamento do fluido

Evitar que a água gelada aqueça no percurso, que o gás de aspiração chegue ao compressor mais quente do que o previsto, que a água quente chegue fria ao radiador. O isolamento serve a estabilidade do processo.

2.5 Fatores que fazem subir a espessura

Exemplo resolvido · qual critério manda

Uma tubagem de água a 7 °C passa por um teto falso a 28 °C e 70 % de humidade, e por um corredor com pessoas por baixo. Qual é o critério que manda?

1. Temperatura de orvalho: 22 °C.
2. A água a 7 °C está muito abaixo de 22 °C: a superfície do tubo nu forma condensado de certeza.
3. Critério 1 (condensação) é o que manda: a espessura tem de ser tal que a superfície exterior fique acima de 22 °C, com folga.
4. O critério 2 (energia) dará, em regra, uma espessura inferior ou semelhante: verifica-se depois.

3. O isolamento térmico dos edifícios: abordagem genérica

O técnico de refrigeração e climatização trabalha dentro de edifícios, e o edifício faz parte do problema. Um sistema de climatização ligado a um edifício mal isolado trabalha mais horas, a maior potência, e nunca chega bem à temperatura pedida.

3.1 A envolvente

A envolvente de um edifício é o conjunto de elementos que separa o interior do exterior: paredes, cobertura, pavimentos sobre o exterior, envidraçados e portas. Cada elemento tem o seu U. Quanto menor o U, menor a energia necessária para manter a temperatura interior.

3.2 Pontes térmicas

Uma ponte térmica é uma zona onde o calor passa mais depressa do que no resto da envolvente, porque o isolamento é interrompido ou mais fino. Em AVAC&R encontramos o mesmo conceito em miniatura: o suporte metálico que encosta ao tubo frio, sem calço isolante, é uma ponte térmica que condensa e escorre.

3.3 Ligação à climatização

• Um edifício bem isolado e estanque precisa de menos potência instalada. Dimensionar a climatização sem ter em conta o isolamento leva ao sobredimensionamento.
• A ventilação passa a ser o principal canal de entrada de ar novo e de perda de energia: a ventilação com recuperação de calor deve ser isolada nas condutas que atravessam espaços não climatizados.
• Em edifícios de comércio e serviços, a regulamentação do desempenho energético fixa requisitos para a envolvente e para os sistemas técnicos, e os sistemas de climatização têm requisitos próprios, incluindo as redes de distribuição. A oficina confirma esses requisitos na redação em vigor do regime aplicável e dos documentos técnicos de apoio.

3.4 O que o técnico de AVAC&R tem de levar daqui

1. Se o edifício muda (nova caixilharia, isolamento reforçado), as cargas mudam e a climatização pode ficar sobredimensionada.
2. Um sistema de distribuição bem isolado é o prolongamento do isolamento do edifício: tubos e condutas fora da zona climatizada contam como perdas diretas.
3. Todas as passagens de tubos e condutas pela envolvente (paredes, lajes, coberturas) são pontes térmicas e pontos de infiltração: selam-se e isolam-se na continuidade.

4. Materiais isolantes para AVAC e refrigeração: tipos

Em AVAC&R usam-se quatro grandes famílias, mais algumas de uso mais especializado. Cada uma tem a sua norma de produto europeia, em geral harmonizada para marcação CE. Por exemplo, os produtos de espuma elastomérica flexível (FEF) para equipamentos de edifícios e instalações industriais seguem a norma EN 14304, aplicável numa gama de temperatura de funcionamento que vai, aproximadamente, de -200 °C a +175 °C (abaixo de -50 °C a norma prevê a verificação da adequação do produto à aplicação).

4.1 Espuma elastomérica flexível (elastómero expandido)

Material de célula fechada, flexível, em tubo pré-formado, manta ou rolo (muitas vezes com autocolante). É o isolamento de eleição para tubagem frigorífica e água gelada, porque tem uma resistência à difusão do vapor de água muito elevada e dispensa, na maior parte das aplicações correntes, uma barreira de vapor adicional. Corta-se com faca bem afiada e cola-se com cola de contacto própria.

4.2 Polietileno expandido

Espuma de célula fechada, mais rígida e mais barata que o elastómero. Aplica-se sobretudo em tubagem de água quente sanitária e aquecimento e, com boa resistência à humidade, em alguns casos de água fria. Tem limites de temperatura de serviço mais baixos do que o elastómero e em muitos produtos uma classe de reação ao fogo menos favorável: confirma sempre a ficha técnica antes de o usar em linhas de descarga ou em locais com exigência de comportamento ao fogo.

4.3 Lã mineral (lã de rocha e lã de vidro)

Material fibroso, de célula aberta. Usa-se em condutas de ar (mantas e painéis com folha de alumínio que faz de barreira de vapor), em coquilhas para tubagem quente de maior temperatura e em zonas com exigências de resistência ao fogo. Sem a barreira de vapor bem fechada, a lã mineral absorve a humidade e deixa de isolar. Por isso não é, em regra, a primeira escolha para linhas frias sem uma camada de barreira bem executada.

4.4 Poliuretano e poliisocianurato (PUR e PIR)

Espuma rígida de célula fechada, com das mais baixas condutibilidades térmicas dos isolantes correntes. Em AVAC&R encontra-se em:

• painéis sanduíche de câmaras frigoríficas (espuma entre duas chapas metálicas);
• condutas pré-isoladas (painel de PUR ou PIR com revestimento de alumínio dos dois lados);
• coquilhas rígidas de tubagem de maior diâmetro e em espuma projetada ou injetada.

4.5 Outros materiais

4.6 Quadro comparativo

Os valores são ordens de grandeza para cálculo de aula. O valor de projeto lê-se na ficha técnica do produto, à temperatura média de utilização.

5. Características dos materiais e critérios de escolha

5.1 O que se lê numa ficha técnica

A reação ao fogo dos produtos de construção classifica-se segundo a norma EN 13501-1 em Euroclasses, de A1 (incombustível) a F (sem desempenho determinado). Qual é a classe exigida num dado edifício é matéria regulada de segurança contra incêndio: consulta-se a regulamentação em vigor e o projeto. No isolamento de tubagem circular de pequeno diâmetro (esta classificação aplica-se aos produtos de isolamento lineares para tubagem, até ao diâmetro exterior definido na norma, da ordem dos 300 mm), a classe indica-se com o índice L (A1L, A2L, BL, CL, DL, EL, FL), por exemplo BL-s1,d0; é essa a classe que se procura na ficha técnica de um isolamento de tubagem frigorífica.

5.2 A resistência à difusão do vapor (μ)

O fator μ diz quantas vezes o material resiste mais à passagem do vapor de água do que o ar parado. Quanto maior, melhor como barreira. A espessura equivalente de ar é Sd = μ × e (em metros). Um material com μ de milhares e 13 mm de espessura tem um Sd de dezenas de metros ou mais: é praticamente uma barreira de vapor por si só. Já a lã mineral tem μ próximo de 1: o vapor passa por ela como pelo ar.

5.3 Como escolher

1. Linha fria com risco de condensação → material de célula fechada com μ alto (elastómero ou equivalente), ou lã mineral com barreira de vapor contínua.
2. Linha quente de baixa temperatura (água de aquecimento) → polietileno, elastómero ou lã mineral conforme a temperatura e o fogo.
3. Linha de descarga ou temperaturas elevadas → ver temperatura máxima de serviço na ficha; lã mineral ou produto específico.
4. Condutas de ar → lã mineral com folha, elastómero em manta, ou conduta pré-isolada.
5. Câmaras frigoríficas → painéis PUR/PIR, com juntas estanques e barreira de vapor.
6. Exterior → proteção mecânica e contra UV obrigatória.

Exemplo resolvido · escolher o material

Uma linha de aspiração Ø 22 mm percorre um teto falso húmido e uma passagem com risco de pancadas. Que material e que cuidados?

1. Linha fria com condensação provável → elastómero de célula fechada com μ alto, em tubo pré-formado ou manta.
2. Teto falso húmido → atenção a todas as juntas, coladas e seladas.
3. Risco de pancadas → proteção mecânica (calha ou chapa) no troço exposto.
4. Suportes → abraçadeiras com calço isolante, que não esmaguem o isolamento.

6. A barreira de vapor: o que é e por que lado se põe

O ar quente e húmido contém vapor de água. Por diferença de pressão de vapor, esse vapor migra do lado quente (alta pressão de vapor) para o lado frio (baixa pressão). Se encontra uma superfície abaixo da temperatura de orvalho, condensa. Dentro do isolamento, essa água não se vê, mas o material molha-se, perde propriedades e pode corroer o tubo por baixo.

6.1 A regra

A barreira de vapor põe-se sempre do lado quente do isolamento.

Nas linhas frias, o lado quente é o exterior, o lado do ar ambiente. A barreira está na superfície exterior (ou o próprio material de célula fechada serve de barreira) e tem de estar contínua e estanque. Se o vapor entrar por uma abertura, fica preso contra o tubo frio e acumula-se.

Nas linhas quentes dentro de um edifício, o vapor tende a sair do isolamento para fora, e a barreira não é crítica; a proteção mecânica e a estanquidade ao vapor interessam menos. O mesmo princípio vale nas câmaras de congelados: o vapor vem do exterior, quente, para o interior, frio, e a barreira fica do lado exterior.

6.2 Como a barreira falha

6.3 Como se garante a barreira

1. Isolamento de célula fechada com μ alto, em tubo sem juntas longitudinais abertas.
2. Todas as juntas coladas com cola recomendada e, nos pontos críticos, seladas com fita autocolante do fabricante.
3. Remate de extremidades e de passagens com vedante e fita.
4. Suportes por calço isolante que ligue o tubo à abraçadeira sem esmagar o isolamento.
5. Nada de furar: se tiver de se fixar, fixa-se por fora, por cima da barreira, com selagem.

Exemplo resolvido · do lado de que se põe a barreira

Uma conduta de ar frio a 14 °C passa num pátio coberto a 30 °C e 75 %. O isolamento é lã mineral de 30 mm com folha de alumínio numa só face. Em que face fica a folha?

1. O lado quente é o exterior da conduta: o ar a 30 °C.
2. A folha de alumínio é a barreira de vapor e fica do lado exterior, à vista.
3. As juntas entre mantas selam-se com fita de alumínio.
4. Se a folha ficasse do lado da chapa, o vapor entraria pela face aberta, condensaria na chapa fria e a lã ficaria encharcada.

7. Espessura mínima para evitar condensação

Este é o cálculo mais importante do isolamento frio. Pretende-se saber a espessura a partir da qual a temperatura da superfície exterior do isolamento fica acima da temperatura de orvalho.

7.1 Raciocínio

O fluxo de calor que entra do ar até ao tubo atravessa duas resistências em série: a do ar à superfície (resistência superficial) e a do isolamento. A queda de temperatura repartida por cada resistência é proporcional ao seu valor. A superfície exterior fica a:

T_superfície = T_ar - q × R_superficial

em que q é o fluxo de calor. Para uma superfície plana (condutas, painéis), podes usar diretamente:

T_superfície = T_ar - (T_ar - T_fluido) × (1/h) / R_total

com R_total = 1/h_interior + e/λ + 1/h, onde 1/h_interior pode desprezar-se quando o fluido é um líquido e a parede metálica é fina.

7.2 Para tubos

Num tubo, a área de troca cresce com o raio. Com r₁ o raio do tubo, r₂ = r₁ + e o raio exterior do isolamento, por metro de tubo:

• Resistência do isolamento: R_iso = ln(r₂ / r₁) / (2π λ), em m·K/W.
• Resistência superficial: R_s = 1 / (h × 2π r₂).
• Fluxo por metro: q = (T_ar - T_fluido) / (R_iso + R_s).
• Temperatura da superfície: T_s = T_ar - q × R_s.

Exemplo resolvido · tubo de água gelada Ø 22

Tubo de cobre Ø 22 mm (r₁ = 11 mm), água a 7 °C, ar a 28 °C e 70 %, isolamento com λ = 0,036 W/(m·K) (valor de exercício), h = 8 W/(m²·K). Que espessura evita a condensação?

1. Temperatura de orvalho: 22,0 °C. É preciso T_s acima deste valor.
2. Calcula-se T_s para várias espessuras (cálculo em tabela):

1. Mínimo teórico: cerca de 9 mm. Com 13 mm a folga é de 1,9 K (23,9 - 22,0), abaixo da margem de 2 K que esta unidade exige; com 19 mm é de 3,3 K (25,3 - 22,0). Nestas condições (Ø 22, água a 7 °C, ar a 28 °C e 70 %), para uma margem de 2 K ou mais usam-se 19 mm, e o escalão seguinte se o local for muito húmido ou a humidade puder passar de 70 %. Noutras condições o mínimo é outro: o que não muda é a folga de 2 K.
2. Conferir com o ar a 28 °C e 80 %: temperatura de orvalho 24,2 °C. Com 13 mm, T_s = 23,9 °C: condensa. Com 19 mm, T_s = 25,3 °C: não condensa (folga de cerca de 1 K, curta para um local tão húmido).

Conclusão: a espessura certa depende da humidade do local, não só da temperatura.

Exemplo resolvido · conduta plana

Conduta metálica com ar a 14 °C, ar ambiente a 30 °C e 75 % (orvalho 25,1 °C), manta de lã mineral com λ = 0,040 W/(m·K) (valor de exercício). Resistência interior 1/25 = 0,04 m²·K/W e exterior 1/8 = 0,125 m²·K/W. Que espessura mínima?

1. Queda de temperatura admissível no ar à superfície: 30 - 25,1 = 4,9 K (no máximo).
2. Queda total: 30 - 14 = 16 K.
3. Condição: 16 × 0,125 / R_total ≤ 4,9, logo R_total ≥ 2,0 / 4,9 = 0,408 m²·K/W.
4. R do isolamento = 0,408 - 0,04 - 0,125 = 0,243 m²·K/W.
5. Espessura: 0,243 × 0,040 = 0,0097 m, ou seja, cerca de 10 mm, no limite.
6. Com margem prática, usam-se 25 mm (R = 0,625): T_s = 30 - 16 × 0,125 / 0,79 = 27,5 °C, folga de 2,4 K sobre o orvalho.

8. Cálculo de perdas térmicas

8.1 Tubagem

Usa-se a mesma fórmula do capítulo anterior. Por metro de tubo:

q = |T_fluido - T_ar| / (R_iso + R_s)

Para tubo sem isolamento, R_iso = 0 e R_s = 1 / (h × 2π r₁).

Exemplo resolvido · água quente de aquecimento

Tubo Ø 22 mm, água a 60 °C, ar a 15 °C, λ = 0,040, h = 8. Calcula as perdas sem isolamento e com 20 mm.

1. Sem isolamento: q = 45 / (1/(8 × 2π × 0,011)) = 45 × 0,5529 = 24,9 W/m.
2. Com 20 mm: r₂ = 31 mm; R_iso = ln(31/11)/(2π × 0,040) = 1,036/0,2513 = 4,12; R_s = 1/(8 × 2π × 0,031) = 0,642; q = 45/4,76 = 9,4 W/m.
3. Poupança: 15,5 W/m, ou 62 % de redução.
4. Em 40 m de rede: 620 W que deixam de ser perdidos.

8.2 Conduta

Em conduta, calcula-se por área. Q = U × A × ΔT.

Exemplo resolvido · conduta de 10 m

Conduta 600 × 400 mm, 10 m, ar a 14 °C, ambiente a 30 °C, isolamento de 25 mm com λ = 0,040. Perdas com e sem isolamento.

1. Perímetro: 2 × (0,6 + 0,4) = 2,0 m; área = 2,0 × 10 = 20 m².
2. Com isolamento: R = 0,04 + 0,625 + 0,125 = 0,79; U = 1,266 W/(m²·K); Q = 1,266 × 20 × 16 = 405 W.
3. Sem isolamento: R = 0,04 + 0,125 = 0,165; U = 6,06; Q = 6,06 × 20 × 16 = 1 939 W.
4. Ganho de calor evitado: cerca de 1,5 kW de capacidade frigorífica que não se perde.
5. Sem isolamento, a chapa estaria a cerca de 17,9 °C (30 - 16 × 0,125 / 0,165) e condensaria sempre em verão húmido, porque o orvalho é de 25,1 °C.

8.3 Parede de câmara frigorífica

Para painéis sanduíche de PUR/PIR com λ de ordem de grandeza de 0,022 W/(m·K):

Exemplo resolvido · painel de câmara a -20 °C

Parede exterior a 30 °C, câmara a -20 °C (ΔT = 50 K), R_se = 0,04 e R_si = 0,13 m²·K/W. Compara painéis de 80, 100 e 120 mm.

Passar de 80 a 120 mm reduz o fluxo em cerca de um terço. O custo de energia do período de vida da câmara decide se compensa.

9. Ferramentas, materiais auxiliares e segurança na oficina

9.1 O que se leva para a bancada

9.2 Segurança integrada

• Cola de contacto: contém solventes, é inflamável e liberta vapores. Aplica-se com ventilação, sem chama nem fontes de ignição por perto, com a embalagem tapada quando não se usa. Lê a ficha de segurança.
• Corte: faca sempre a cortar para longe do corpo, apoio estável, luvas resistentes ao corte quando possível. Nunca cortar com o isolamento em cima do tubo que se vai usar, nem apoiar-se na mão livre.
• Fibras minerais: a lã mineral irrita pele, olhos e vias respiratórias. Usa luvas, óculos, máscara de proteção respiratória adequada e roupa de manga comprida. Lava as mãos e não esfregues os olhos.
• Trabalho em altura: escadas e plataformas estáveis; nunca isolar apoiado em tubos ou condutas.
• Superfícies quentes: isolar tubagem quente apenas depois de arrefecer, ou com cuidado e EPI térmico.
• Equipamento em funcionamento: o isolamento só se fecha (cola-se e sela-se) depois dos ensaios de estanquidade e de pressão da tubagem, com o circuito consignado, e nunca antes; até ao ensaio, os tramos podem estar enfiados, mas recuados, sem cobrir nenhuma junta por ensaiar. Um isolamento fechado antes do ensaio esconde fugas.
• Resíduos: aparas de elastómero e fibras seguem o circuito de resíduos da oficina, não o lixo comum nem a rua.

10. Aplicação de isolamento em tubagem frigorífica, passo a passo

Este é o procedimento central da unidade. A ordem importa.

10.1 A ordem das operações

Numa tubagem nova, a ordem é esta, e não se troca:

1. Limpar a superfície: tubo seco, sem óleo, sem fluxo de soldadura, sem pó e sem gotas de água. Limpar com pano seco e, se preciso, produto de limpeza adequado.
2. Escolher o diâmetro certo do isolamento: o diâmetro interior do isolamento é o diâmetro exterior do tubo. Um tubo de 22 mm leva isolamento "para 22 mm". Isolamento demasiado largo deixa folga, demasiado apertado esmaga e rasga. Planear também as juntas: as juntas de topo ficam o mais longe possível de curvas e acessórios.
3. Enfiar o isolamento recuado: antes de soldar a última junta, enfiam-se os tramos no tubo e deixam-se recuados, longe da zona a soldar. Depois de a última junta estar soldada, só se consegue abrir o isolamento ao comprido.
4. Soldar a última junta e deixar arrefecer.
5. Ensaiar a estanquidade e a pressão e registar o ensaio. Só aqui se sabe que todas as juntas, incluindo a última, estão boas. Enquanto o ensaio não estiver registado, o isolamento não se cola nem se sela.
6. Com o ensaio registado, limpar e secar a zona das juntas soldadas, puxar os tramos para a posição, colar, selar e montar os suportes.
7. Voltar a verificar com a linha fria, no arranque.

Se a tubagem já está montada e ensaiada (reparação, reposição), parte-se do passo 6, abrindo o isolamento ao comprido.

10.2 Aplicação em troço reto

1. Medir o troço e cortar o isolamento ligeiramente maior, segundo as instruções do fabricante, para que os topos fiquem em contacto sem esticar o material.
2. Se o tubo é aberto ao comprido: abrir, enfiar o tubo, colar as duas bordas da abertura com cola de contacto fina e uniforme e deixar o tempo de secagem indicado pelo fabricante (a cola não deve "pegar" ao dedo).
3. Unir as bordas sem esticar o material e apertar ao longo do comprimento.
4. Topos: cortar a direito (usar esquadro), colar topo com topo depois de aplicar cola nas duas faces.
5. Cobrir a junta de topo com fita autocolante do fabricante, ao longo de toda a volta.

10.3 Curvas

Duas técnicas:

• Curva em tubo de isolamento: para curvas de raio grande, curva-se o próprio isolamento sem o dobrar demasiado; para curvas apertadas, cortam-se mitras a 45° no isolamento e coloca-se a união colada.
• Mitras: corta-se o isolamento com gabarito em duas peças (cada uma com corte a 45°), coladas ao tubo curvado. Todas as faces de corte levam cola. Verifica-se que não há folga.

Erro comum: dobrar o isolamento sem corte numa curva apertada. O isolamento vinca, a parede fica fina no extradorso e condensa ali.

10.4 Uniões em T

1. Isolar primeiro o tubo principal, deixando o ponto de ramal exposto.
2. Cortar uma "boca de peixe" no isolamento do ramal, copiando a curva do tubo principal.
3. Colar o ramal ao principal com cola nos topos, e vedar a volta com fita.
4. Verificar que não há luz entre os dois tubos de isolamento.

10.5 Válvulas e acessórios

• Válvula de serviço, de corte, filtro secador, visor de líquido, válvula de expansão: isolam-se com manta cortada à medida ou com peças pré-formadas.
• Deixar acessível o que se manobra: volantes, tampas de serviço e tomadas de pressão ficam sem isolamento permanente, mas com uma tampa isolante amovível ou com um recorte bem acabado.
• Bolbo da válvula de expansão termostática: fixa-se bem encostado ao tubo de aspiração, à saída do evaporador, e isola-se em conjunto com o tubo, por cima, para que meça a temperatura do tubo e não a do ar da sala. Um bolbo mal isolado lê a temperatura errada e a válvula regula mal o sobreaquecimento.
• Rematar todas as passagens com fita ou vedante.

10.6 Suportes e abraçadeiras

1. Usar abraçadeiras largas, com calço de material rígido isolante (inserto) entre o tubo e a abraçadeira.
2. O isolamento passa por dentro da abraçadeira, não por fora; o calço evita que a abraçadeira esmague o isolamento e fure a barreira.
3. Nunca apertar uma abraçadeira de aço diretamente sobre o isolamento mole.
4. Em linhas verticais, abraçadeira de apoio com colar na mesma lógica.

10.7 Atravessamentos

Em paredes e lajes, o isolamento passa pela abertura sem interrupção, com manga e vedante em volta. Em atravessamentos corta-fogo, segue-se a solução certificada do projeto.

Exemplo resolvido · isolar uma linha de aspiração com uma curva e um T

Linha de aspiração Ø 22 mm, três troços retos e uma curva a 90°, com um ramal em T para um segundo evaporador. Sequência de trabalho.

1. Limpar o tubo e secar.
2. Enfiar os tramos de isolamento "22" no tubo, recuados, longe da última junta a soldar.
3. Soldar a última junta e esperar que arrefeça.
4. Ensaiar a estanquidade da linha e registar o ensaio.
5. Com o ensaio registado, limpar e secar a zona das juntas soldadas e puxar os tramos para a posição.
6. Curva: aplicar mitra a 45° em duas peças ou curvar suavemente; colar as faces de corte.
7. T: isolar o principal, cortar boca de peixe no ramal, colar.
8. Selar todas as juntas de topo com fita.
9. Colocar abraçadeiras com calço, sem apertar sobre o isolamento mole.
10. Conferir visualmente: sem fendas, sem luz, sem vincos.
11. No arranque, depois de a linha estar fria, voltar a verificar as juntas: uma junta mal colada abre com o frio.

11. Isolamento de paredes de sistemas frigoríficos: câmaras

Uma câmara frigorífica é uma caixa isolada. As paredes, o teto e o pavimento são o isolamento, e tudo o que atravessa essa caixa é um ponto fraco.

11.1 Painéis sanduíche

Painéis de PUR ou PIR entre duas chapas metálicas, com encaixe macho-fêmea e fecho por excêntricos ou por vedante e fita. As espessuras correntes dependem da temperatura de serviço: câmaras de congelados levam painéis mais espessos do que câmaras de conservação a temperatura positiva. A espessura final define-se em projeto.

11.2 Juntas

• Entre painéis: vedante (silicone, poliuretano) nas juntas, sem folgas.
• Na ligação ao pavimento e ao teto: perfis em U com vedante.
• Cantos interiores e exteriores: perfis de remate com vedante.
• Barreira de vapor do lado quente: o interior da câmara é frio, o vapor entra do exterior. Os painéis metálicos são barreiras de vapor se as juntas estiverem seladas.

11.3 Pavimento

Em câmaras de congelados, o solo pode gelar e levantar o pavimento (empolamento). Por isso o pavimento leva isolamento de grande espessura com boa resistência à compressão (XPS ou equivalente) e, em muitos casos, aquecimento do pavimento ou ventilação sob o pavimento, conforme o projeto.

11.4 Portas e atravessamentos

• Portas com vedante contínuo, resistência de aquecimento do aro em câmaras de congelados, cortina de lamelas.
• Atravessamentos de tubos e cabos: com manga, vedante de poliuretano e remate com fita. Cada atravessamento mal vedado é uma ponte térmica e um ponto de entrada de humidade.
• Respiradores de pressão em câmaras de baixa temperatura, para equalizar a pressão quando se abre a porta.

11.5 Erros típicos em câmaras

1. Furos de passagem de tubos sem vedante.
2. Painéis com juntas abertas por mau alinhamento.
3. Evaporador fixado ao teto com buchas que atravessam o painel sem selagem.
4. Pavimento sem isolamento adequado em câmara de congelados.
5. Gelo à volta da porta: sinal de vedante gasto ou mal ajustado.

12. Linhas de aspiração, de líquido e de descarga: o que se isola e o que não

Na refrigeração, cada linha tem uma lógica própria. Misturá-las é o erro de oficina que mais se vê a olho.

12.1 Casos em que a linha de líquido também se isola

• Quando atravessa uma zona mais quente do que o ambiente de condensação (casa de máquinas quente, zona de forno), para não ganhar calor e formar vapor (flash gas) antes da válvula de expansão.
• Quando a linha faz um trajeto longo por zonas mais quentes do que o líquido, mesmo com uma diferença pequena de temperatura, porque o ganho de calor se acumula ao longo do percurso e o líquido pode chegar ao órgão de expansão já com vapor (flash gas).
• Quando o projeto prevê permutador de líquido-aspiração: neste caso as duas linhas encostam de propósito e isolam-se em conjunto.
• Em splits e bombas de calor em que o órgão de expansão está na unidade exterior, ou em sistemas reversíveis: o tubo fino leva fluido frio (ou as funções trocam com o modo) e isolam-se as duas linhas, separadamente, conforme o manual do fabricante.

12.2 O erro de oficina

Ver a aspiração nua e o líquido isolado é o erro clássico: o técnico isolou o tubo mais pequeno (mais fácil de pegar) e deixou o grande a suar. Consequências da aspiração sem isolamento:

• gotas de água nos tetos, no equipamento e no chão;
• gás de aspiração a chegar mais quente ao compressor, o que aumenta a temperatura de descarga;
• menor rendimento do circuito e desperdício de energia;
• corrosão exterior e, no limite, gelo nas condutas de baixa temperatura.

12.3 Diagnóstico visual

Chegas a uma instalação e vês o tubo grande molhado e frio, com gotas a cair. Antes de qualquer medição: o tubo é de aspiração? Está isolado? Há juntas abertas? A observação diz-te meio diagnóstico.

Exemplo resolvido · a linha que sua

Um cliente queixa-se de pingos num teto falso, sob uma linha que liga a unidade exterior ao evaporador. O tubo grosso está isolado, mas há uma junta aberta ao longo de 30 cm. O tubo fino (líquido) está nu.

1. Tubo grosso = aspiração, isolado: certo.
2. Junta aberta de 30 cm: o ar húmido chega ao tubo frio e condensa. Local do pingo.
3. Tubo fino nu: num split, a expansão costuma estar na unidade exterior e o tubo fino leva fluido frio em arrefecimento; o fabricante manda isolar os dois tubos, cada um com o seu isolamento. Tubo fino nu num split é defeito: isola-se também.
4. Ação: cortar a zona danificada, secar o tubo e substituir o troço com junta nova colada e selada com fita, e isolar o tubo fino em toda a extensão.
5. Verificar se o isolamento por baixo está molhado: se sim, substituir mais do que a zona aberta.

13. Manutenção dos isolamentos em refrigeração

O isolamento degrada-se. A inspeção visual regular é a manutenção mais barata e mais rentável que existe.

13.1 O que se inspeciona

13.2 Como inspecionar

1. Com o sistema em funcionamento, percorrer a instalação com lanterna. É em funcionamento que as juntas abertas suam.
2. Passar a mão enluvada nos pontos suspeitos para sentir humidade, dureza ou deformação.
3. Verificar suportes e abraçadeiras, passagens por paredes e acessórios (válvulas, filtros, visores).
4. Registar o que se encontra (local, tipo de dano, fotografia) para planear a intervenção.
5. Em câmaras: inspecionar juntas dos painéis, vedantes da porta e atravessamentos.

13.3 Quando se substitui

Substitui-se o isolamento quando: está molhado; tem fissuras ou perda de espessura; está esmagado em mais de uma pequena zona; perdeu a adesão nas juntas; está deteriorado por UV ou químicos; ou foi removido numa intervenção e não pode reaplicar-se. Não se reaproveita isolamento molhado: seca por fora, mas a água fica dentro e o material já perdeu propriedades.

13.4 Procedimento de substituição

1. Consignar o circuito (sem trabalhos em equipamento em funcionamento). Se for necessário abrir o isolamento para trabalhar no tubo, faz-se com a instalação parada.
2. Cortar o isolamento danificado até à zona sã, com corte a direito.
3. Inspecionar o tubo: se houver corrosão, limpar e proteger (pintura anticorrosiva ou fita) antes de reisolar.
4. Secar bem o tubo.
5. Se o tubo teve de ser cortado e soldado, repetir o ensaio de estanquidade e registá-lo antes de fechar o isolamento.
6. Cortar o isolamento novo com a espessura e o diâmetro iguais aos da instalação.
7. Abrir ao comprido (porque o tubo está montado), enfiar, colar a abertura e os topos, selar com fita.
8. Verificar o resultado, e depois do arranque a frio voltar a conferir.
9. Registar a intervenção.

Exemplo resolvido · decisão de inspeção

Numa inspeção encontras (a) um troço de 40 cm com isolamento molhado e pesado; (b) uma abraçadeira a esmagar 5 mm de isolamento; (c) uma ponta de topo aberta ao longo de 10 cm.

1. (a) Isolamento molhado: substituir o troço, e alargar até zona seca.
2. (b) Esmagamento localizado: substituir a abraçadeira por uma com calço; avaliar o isolamento sob a abraçadeira; se a barreira está rasgada, refazer o troço.
3. (c) Topo aberto: limpar, secar, colar, selar com fita.
4. Prioridade: (a) primeiro, porque está a deteriorar-se e a molhar o tubo; (b) e (c) na mesma intervenção.

14. Aplicação de isolamento em AVAC: tubagem de água

Nos sistemas de AVAC com água (chiller, fan-coil, aquecimento por radiadores ou piso radiante, circuitos de água quente sanitária), a rede de tubagem tem duas faces: água gelada e água quente.

14.1 Água gelada (arrefecimento)

• Temperaturas de ida típicas de poucos graus acima de zero, com retorno um pouco mais alto.
• Critério de condensação manda. Isolamento de célula fechada com μ alto (elastómero) é a escolha corrente.
• Todas as válvulas, filtros, bombas, vasos e acessórios isolam-se, e as ligações a fan-coils também.
• Os suportes levam calço isolante; as tubagens sob o piso técnico levam proteção.

14.2 Água quente (aquecimento)

• Critério de perdas e proteção de pessoas. Polietileno, elastómero ou lã mineral conforme a temperatura de serviço.
• Redes de distribuição enterradas ou em ambiente não climatizado levam mais espessura e proteção mecânica.
• Piso radiante: isolamento sob a tubagem, para que o calor vá para cima e não para baixo.

14.3 Água quente sanitária e recirculação

O isolamento da rede de AQS e da recirculação reduz perdas e mantém a temperatura na torneira. As exigências de espessura e a prevenção do risco microbiológico (como a legionela) seguem a regulamentação em vigor: consulta-se na fonte.

14.4 Procedimento

O procedimento de colocação é o do capítulo 10: limpeza, diâmetro certo, colagem, selagem de juntas, suportes com calço. Em tubos de água gelada acrescentam-se estas particularidades:

1. Tubos de ida e retorno isolam-se separadamente, nunca juntos num só isolamento.
2. As bombas e válvulas de seccionamento isolam-se com caixa amovível quando é preciso aceder-lhes.
3. Os purgadores e tomadas de pressão ficam acessíveis, com remate selado.
4. As aberturas para sondas de temperatura são seladas.

Exemplo resolvido · escolher entre circuitos

Numa casa de máquinas há: (1) tubo de água gelada a 7 °C; (2) tubo de água quente a 60 °C; (3) tubo de retorno de piso radiante a 35 °C. Critério e material.

1. (1) Água gelada: critério de condensação, elastómero com μ alto, 19 mm no mínimo no local húmido.
2. (2) Água quente a 60 °C: critério de perdas e de proteção de pessoas, 20 a 30 mm em material adequado à temperatura.
3. (3) Retorno a 35 °C: perdas mais baixas, espessura menor mas isolar na mesma, porque atravessa zonas não aquecidas.

15. Condutas de ar: aplicação do isolamento

15.1 Onde se isola a conduta

• Condutas de insuflação fria que passam fora da zona climatizada (tetos falsos, sótãos, exterior).
• Condutas de insuflação quente que passam em zonas não aquecidas.
• Condutas de ar novo (risco de condensação em ambientes frios ou húmidos).
• Condutas de extração que atravessam exterior.
• Câmaras de mistura e plenums.

15.2 Sistemas possíveis

15.3 Procedimento: manta de lã mineral com folha

1. Chapa limpa e seca; a conduta já foi ensaiada à estanquidade ao ar.
2. Marcar e cortar a manta ao perímetro, com a sobra que o fabricante indicar para as bordas de sobreposição da folha. A folha de alumínio fica sempre para o exterior, à vista.
3. Fixar com cola e pinos soldados (ou pinos de cola), distribuídos pela face inferior e laterais. O espaçamento dos pinos é o que o fabricante indicar.
4. Não comprimir a manta: o aperto reduz espessura e, por isso, o desempenho.
5. Juntas de manta: unir de topo e selar com fita de alumínio por cima, centrada na junta.
6. Cantos: dobrar a manta, nunca cortar completamente.
7. Pinos: cortar o excesso e cobrir a cabeça com um disco ou fita.
8. Flanges e suportes: isolar com tira e selar; os suportes que apoiam sob a conduta levam um calço para não comprimir a manta.
9. Inspeção final: percorrer com a mão sem encontrar folgas, rasgos nem zonas deprimidas.

15.4 Conduta pré-isolada

Cortam-se os painéis, fazem-se os rasgos em V para as dobras, colam-se e selam-se as juntas com fita de alumínio própria e ensaiam-se à estanquidade. As flanges de ligação isolam-se e vedam-se. O isolamento é a própria conduta, pelo que cada junta aberta é um ponto fraco.

15.5 Condutas flexíveis isoladas

As condutas flexíveis isoladas têm manga de isolamento e barreira exterior. Não podem ficar esmagadas, dobradas ou comprimidas: a perda de espessura é perda de isolamento, e a dobra é perda de caudal.

Exemplo resolvido · selagem da folha

Uma conduta de insuflação fria, de 10 m, com 6 mantas de lã com folha. Quantas juntas e que verificação?

1. 6 mantas ao longo de 10 m: 5 juntas transversais, mais as longitudinais.
2. Todas as juntas levam fita de alumínio por cima, sobreposta de cada lado conforme a indicação do fabricante.
3. Verificação: passar a mão ao longo de todas as juntas, procurar pontas levantadas e cantos rasgados.
4. Uma só junta aberta é suficiente para a lã absorver água em verão húmido.

16. Manutenção dos isolamentos em AVAC

16.1 O que se inspeciona

16.2 Intervenções frequentes

• Reposição depois de manutenção: depois de abrir uma válvula ou trocar um filtro, o isolamento tem de voltar a ficar como estava. É o esquecimento mais comum. A lista de verificação de saída de obra inclui "isolamento reposto".
• Remoção de isolamento antigo: quando um troço precisa de ser reparado, corta-se o isolamento com cuidado, regista-se o material e a espessura, e repõe-se igual ou melhor.
• Isolamentos antigos: edifícios mais antigos podem ter materiais cuja natureza se desconhece. Antes de mexer em isolamento antigo de composição incerta, para o trabalho e consulta o responsável: certos materiais antigos exigem procedimentos próprios de proteção e de resíduos.

16.3 Registo e plano

Um bom plano de manutenção do isolamento tem: inventário dos troços, inspeção visual periódica (no início da época de arrefecimento e antes do inverno), registo fotográfico, e substituição programada.

Exemplo resolvido · reposição depois de uma intervenção

Substituíste uma válvula de seccionamento de água gelada. Antes da intervenção, a válvula estava isolada com caixa de elastómero.

1. Retira-se a caixa com cuidado, guarda-se, e verifica-se o estado.
2. Depois de substituída a válvula e ensaiada a estanquidade, seca-se o corpo.
3. Repõe-se a caixa; se estiver danificada, corta-se manta nova à medida.
4. Cola-se e sela-se com fita.
5. Confirma-se que a haste ou o volante ficam acessíveis.
6. Regista-se a intervenção.

17. Acabamento e proteção mecânica no exterior

O isolamento mole não aguenta sol, chuva, pancadas nem aves. No exterior (cobertura, fachada, pátio técnico) precisa de acabamento protetor.

17.1 Opções

17.2 Regras de execução

1. Sobreposição: as chapas sobrepõem-se no sentido de a água escorrer por cima da junta, nunca para dentro.
2. Fixação: rebites ou parafusos autorroscantes, fixos na zona de sobreposição, não a atravessar a barreira em zonas expostas. Selar a cabeça do parafuso.
3. Costura: orientada para baixo ou para o lado, nunca virada para cima.
4. Pontos baixos: dreno ou abertura de escoamento.
5. Remate com a parede: vedante flexível para que não entre água ao longo do tubo.
6. Curvas e T: usam-se peças pré-formadas ou cortam-se "gomos" em chapa.
7. Dilatação: nas chapas metálicas, deixam-se folgas e juntas de dilatação em troços longos.
8. Não fixar a chapa ao tubo de forma rígida: a chapa assenta sobre o isolamento, sem o comprimir.

Exemplo resolvido · linha frigorífica na fachada

Uma linha de aspiração isolada percorre 6 m de fachada exposta ao sol e à chuva. Que acabamento?

1. Elastómero exposto → perde propriedades com UV; precisa de proteção.
2. Solução: calha de alumínio ou PVC com tampa, ou chapa em tubo, com remate nas pontas com vedante.
3. Fixar a calha à parede com abraçadeiras, sem apertar o isolamento.
4. A saída inferior da calha tem escoamento.
5. O remate junto da unidade exterior é selado com vedante e a fita.

18. Estudo de caso: custo-benefício do isolamento

O isolamento tem um custo (material e mão de obra) e produz um benefício (energia poupada, condensação evitada, conforto, durabilidade). O estudo de custo-benefício compara os dois e calcula o tempo de retorno.

18.1 Caso: linha de aspiração de uma câmara de conservação

Tubo de aspiração Ø 22 mm (r₁ = 11 mm), 30 m, gás a -10 °C, ambiente a 25 °C e 60 % (orvalho 16,7 °C), λ = 0,036 W/(m·K), h = 8 W/(m²·K). Compara-se: sem isolamento, 13 mm, 19 mm e 25 mm.

Perdas por metro e temperatura da superfície

Impacto numa época de arrefecimento

Admite-se o equipamento a trabalhar 6 000 horas por ano e um coeficiente de desempenho (relação entre capacidade frigorífica e consumo elétrico) de ordem de grandeza 2, e um preço de eletricidade ilustrativo de 0,20 €/kWh. Estes valores são hipóteses de cálculo, não preços de mercado.

1. Sem isolamento → 13 mm: perda evitada = 580 - 245 = 335 W, ou 0,335 kW. Energia térmica: 0,335 × 6 000 = 2 010 kWh. Energia elétrica: 2 010 / 2 = 1 005 kWh. Custo: 1 005 × 0,20 = cerca de 201 € por ano.
2. 13 mm → 25 mm: perda evitada = 245 - 181 = 64 W. Energia térmica: 0,064 × 6 000 = 384 kWh; elétrica: 192 kWh; custo: cerca de 38 € por ano.

Custos de investimento (ilustrativos)

Admite-se um custo de instalação de 6 €/m para 13 mm e 10 €/m para 25 mm (valores de cálculo, não preços de mercado).

Com 13 mm a folga sobre o orvalho é de apenas 1,5 K, abaixo dos 2 K de margem que esta unidade exige; com 19 mm é de 3,8 K e com 25 mm de 5,0 K. Os 13 mm são, portanto, o ponto de partida da comparação de custos, e não a espessura a instalar: pela regra dos 2 K desta unidade, o mínimo neste caso é 19 mm (superfície a 20,5 °C, folga de 3,8 K, 6,9 W/m, 206 W em 30 m).

Leitura

• O primeiro isolamento paga-se em meses. Instalar isolamento é rentabilíssimo.
• O reforço de 13 para 25 mm demora cerca de 3 anos a pagar-se, o que, para uma instalação que dura mais de uma década, é um bom negócio.
• E há ainda benefícios que não entram na conta de energia: sem condensação não há água no teto, não há corrosão exterior, não há reclamações e não há deslocações para reparar.

18.2 Conta de uma conduta

No exemplo do capítulo 8, a conduta de 10 m sem isolamento ganhava cerca de 1 940 W; com 25 mm, 405 W. A diferença, cerca de 1,5 kW de capacidade de arrefecimento, corresponde a uma parte significativa da potência de um equipamento de pequena dimensão. Mesmo sem a conta em euros, percebe-se que o isolamento de condutas é uma medida de eficiência de primeira prioridade.

18.3 Como apresentar o estudo ao cliente

1. Dados da instalação (fluido, temperatura, comprimento, diâmetro, horas).
2. Soluções comparadas (material e espessura).
3. Perdas em W e kWh por ano.
4. Custo da energia (preço atualizado do cliente).
5. Custo do investimento (orçamento real).
6. Tempo de retorno simples = investimento / poupança anual.
7. Benefícios adicionais: condensação evitada, conforto, durabilidade, cumprimento das exigências regulamentares.
8. Conclusão.

Exemplo resolvido · retorno simples

Isolar 50 m de tubagem de água quente custa 600 €. Poupa 12 W/m durante 4 000 h por ano, a 0,08 € por kWh térmico (valores de cálculo, não preços de mercado). Quanto tempo demora a pagar-se?

1. Potência poupada: 12 × 50 = 600 W = 0,6 kW.
2. Energia: 0,6 × 4 000 = 2 400 kWh por ano.
3. Poupança: 2 400 × 0,08 = 192 € por ano.
4. Retorno: 600 / 192 = cerca de 3,1 anos.

19. Lista de verificação e erros de oficina que se veem a olho

Muitos defeitos de isolamento diagnosticam-se sem instrumentos. Quem sabe o que procurar vê-os da porta da casa de máquinas. Este capítulo reúne o que se verifica antes de dar o trabalho por terminado e o que se procura numa visita de manutenção.

19.1 Lista de verificação de fim de trabalho

19.2 O que se vê a olho nas visitas

• Gotas de água sob uma linha: junta aberta ou barreira furada. A água escorre pela inclinação do tubo, por gravidade, e pode pingar longe do sítio por onde entrou: procura a abertura mais acima, contra o sentido da escorrência, e não no ponto onde pinga.
• Auréola escura no teto falso: condensação repetida durante semanas.
• Isolamento de cor e textura diferente em troços vizinhos: troço substituído com outro material ou outra espessura.
• Fita descolada em "bandeira": fita de má qualidade ou aplicada em tubo sujo.
• Isolamento com uma "cintura" fina: apertado por abraçadeira.
• Curva com a parede franzida e rasgada: dobrada sem mitra.
• Tubo de líquido isolado e aspiração nua: troca de linhas.
• Extremidade do isolamento aberta junto ao equipamento: o isolamento "bebe" água pela ponta.
• Cola amarelada e vazia nas juntas: cola envelhecida ou aplicada em excesso e sem tempo de secagem.

19.3 Como se corrige cada defeito

Exemplo resolvido · diagnóstico a olho

Numa visita encontras: (a) pingos sob a linha grossa junto ao evaporador, numa linha que desce em direção ao evaporador; (b) a fita de topo em bandeira num ponto a 2 m do evaporador; (c) o tubo fino sem isolamento.

1. A linha desce em direção ao evaporador, logo a água escorre nesse sentido e a abertura está mais acima, contra a escorrência, e não onde pinga. A fita em bandeira a 2 m do evaporador é o suspeito principal.
2. Abre-se a fita: o tubo está húmido por baixo. Confirma-se.
3. Secam-se o tubo e o topo, cola-se, sela-se com fita nova.
4. O tubo fino sem isolamento é a linha de líquido. Se o circuito tem a expansão junto ao evaporador, em regra não se isola e não é defeito. Se for um split com expansão na unidade exterior, ou reversível, é defeito: isola-se.
5. Volta-se à visita seguinte para confirmar que não há novos pingos.

20. Tabela de decisão para o dimensionamento no terreno

Quando não há tempo para a conta completa, a decisão de oficina segue uma árvore simples. Serve para uma primeira escolha; a espessura final confirma-se pelo cálculo, pela ficha técnica e pela regulamentação em vigor.

Exemplo resolvido · duas linhas na mesma casa de máquinas

Linha A: água gelada a 7 °C num local a 30 °C e 75 %. Linha B: água quente a 60 °C no mesmo local.

1. Linha A: orvalho 25,1 °C, fluido muito abaixo; local húmido. Critério de condensação com um escalão acima do mínimo: 19 mm ou 25 mm de elastómero, barreira contínua.
2. Linha B: critério de perdas e de proteção de pessoas. 20 a 30 mm de material adequado à temperatura.
3. As duas ficam afastadas uma da outra, ou isoladas em separado, para que o isolamento de uma não aqueça nem arrefeça a outra.

20.1 Como a condutibilidade varia com a temperatura

O λ de um isolante aumenta com a temperatura média. O valor que vem na ficha técnica refere-se a uma temperatura média indicada (por exemplo 0 °C ou 10 °C). Numa linha de água quente a 60 °C o λ real é um pouco superior ao de uma linha fria. Em cálculos de projeto usa-se o valor à temperatura média de serviço; nos cálculos de aula usa-se um valor único, mas a diferença existe e tem de ser lembrada.

20.2 Envelhecimento

Os isolantes de célula fechada com gases de expansão podem alterar a condutibilidade ao longo dos anos à medida que o gás sai e entra ar; os fabricantes declaram valores já envelhecidos. A lã mineral não envelhece da mesma forma, mas degrada-se se molhar. O envelhecimento é mais um motivo para inspecionar em vez de confiar.

Erros comuns

• Colar e selar o isolamento antes do ensaio de estanquidade, escondendo as fugas, ou deixar a última junta soldada depois do ensaio.
• Isolar a linha de líquido e deixar a aspiração nua, ao contrário do que a função de cada linha pede.
• Deixar juntas abertas que suam e deixam entrar humidade.
• Furar a barreira de vapor com abraçadeiras, pregos ou parafusos.
• Apertar abraçadeiras de metal diretamente sobre o isolamento mole.
• Pôr a barreira de vapor do lado frio em vez do lado quente.
• Escolher espessura pela temperatura e esquecer a humidade do local.
• Esticar o isolamento ao colar, criando zonas finas que condensam.
• Dobrar sem cortar mitra numa curva apertada, vincando o isolamento.
• Esquecer válvulas, filtros e acessórios da linha fria.
• Reutilizar isolamento molhado depois de seco por fora.
• Não repor o isolamento depois de uma intervenção de manutenção.
• Isolar sem proteção no exterior, expondo o material ao sol, à chuva e às aves.
• Cobrir o bolbo da válvula de expansão de modo errado, falseando a medida.
• Aplicar cola em local fechado, sem ventilação e com chama por perto.
• Tirar valores de qualquer tabela em vez da ficha técnica do produto.

Glossário

• Aspiração (linha de): tubagem que leva o gás frio do evaporador ao compressor; é a linha que mais se isola.
• Barreira de vapor: camada que impede a passagem do vapor de água; coloca-se do lado quente do isolamento.
• Célula fechada: estrutura do isolante em que cada célula é independente e estanque; resiste melhor à humidade.
• Célula aberta: estrutura em que o ar circula entre células; absorve humidade.
• Condensação: passagem do vapor de água a líquido quando encontra uma superfície abaixo do ponto de orvalho.
• Condutibilidade térmica (λ): propriedade que mede a facilidade com que um material conduz calor, em W/(m·K).
• Coquilha: peça de isolamento pré-formada para envolver um tubo.
• Elastómero expandido: espuma flexível de célula fechada usada em tubagem frigorífica e de água gelada.
• Espessura económica: espessura em que o custo total (isolamento mais energia perdida) é mínimo.
• Euroclasse: classificação europeia da reação ao fogo, de A1 a F.
• Fator μ: resistência à difusão do vapor, comparada com a do ar parado.
• Lã mineral: isolante fibroso de rocha ou vidro, usado em condutas e tubagem quente.
• Mitra: corte a 45° do isolamento para formar uma curva.
• Orvalho (temperatura de): temperatura abaixo da qual o vapor do ar condensa.
• Ponte térmica: zona onde o calor passa mais depressa por interrupção ou adelgaçamento do isolamento.
• Poliuretano (PUR) e poliisocianurato (PIR): espumas rígidas de célula fechada de muito baixa condutibilidade.
• Resistência térmica (R): oposição à passagem do calor, R = e / λ.
• Sd: espessura de ar equivalente, μ × e.
• Transmissão térmica (U): inverso da resistência térmica total, em W/(m²·K).

Síntese

O isolamento térmico em AVAC&R é uma parte funcional do sistema. Dimensiona-se pelo critério que manda: nas linhas frias é, em regra, a condensação; nas quentes, as perdas e a proteção de pessoas. Escolhe-se o material pela sua estrutura (célula fechada ou fibrosa), pelo λ, pelo μ, pela temperatura de serviço e pela reação ao fogo, sempre com a ficha técnica do produto. A barreira de vapor põe-se do lado quente e tem de ser contínua: juntas coladas e seladas, suportes com calço, nada de furos. Na tubagem frigorífica, a aspiração isola-se sempre e a linha de líquido só em casos específicos (entre eles, os splits e bombas de calor). Nas câmaras, o isolamento é a própria caixa e cada atravessamento mal vedado é uma ponte térmica. Em AVAC, a água gelada, a água quente e as condutas têm cada uma o seu procedimento. A manutenção é visual, regular e simples, e o isolamento molhado substitui-se, nunca se reaproveita. No exterior, o acabamento mecânico é parte do isolamento. O custo-benefício mostra que o primeiro isolamento se paga em meses e que o reforço se paga em poucos anos, além dos benefícios que não se medem em energia. Em tudo o que é regulado, consulta-se a redação em vigor na fonte oficial.

Exercícios resolvidos

1. Qual a resistência térmica de 25 mm de isolante com λ = 0,040 W/(m·K)?

Resolução: R = 0,025 / 0,040 = 0,625 m²·K/W.

2. Em que lado do isolamento se coloca a barreira de vapor numa conduta fria?

Resolução: do lado quente, ou seja, o exterior, do lado do ar ambiente.

3. A 30 °C e 75 % a temperatura de orvalho é 25,1 °C. Uma superfície a 24 °C condensa?

Resolução: sim, 24 °C está abaixo de 25,1 °C: condensa.

4. Das duas linhas, aspiração e líquido, qual se isola sempre?

Resolução: a aspiração, em toda a extensão. A linha de líquido só em casos especiais (entre eles, os splits e bombas de calor).

5. Uma manta com 50 mm e λ = 0,040 tem que resistência?

Resolução: R = 0,050 / 0,040 = 1,25 m²·K/W.

6. Uma abraçadeira de aço aperta diretamente o isolamento mole. Qual o problema e a solução?

Resolução: esmaga o isolamento, fura a barreira e cria ponte térmica. Solução: abraçadeira larga com calço rígido isolante entre o tubo e a abraçadeira.

7. Uma conduta de 15 m² de superfície, com U = 1,2 W/(m²·K), entre 14 °C e 30 °C. Qual o ganho de calor?

Resolução: Q = 1,2 × 15 × 16 = 288 W.

8. Um isolamento de tubo de água gelada apresenta-se mole e pesado numa zona de 30 cm. O que fazer?

Resolução: está encharcado. Substituir o troço (e alargar até zona seca), inspecionar o tubo, refazer a junta colada e selada. Não reaproveitar.

9. Pretende-se isolar 20 m de tubo por 300 €. Poupa 600 kWh por ano a 0,10 € por kWh (valores de cálculo, não preços de mercado). Retorno?

Resolução: poupança = 600 × 0,10 = 60 €/ano; retorno = 300 / 60 = 5 anos.

10. Para que serve fazer o ensaio de estanquidade antes de fechar o isolamento?

Resolução: para encontrar fugas enquanto a tubagem está visível. Com o isolamento aplicado, as fugas escondem-se e custa mais corrigir.