Os sistemas de isolamento térmico são projetados para minimizar o custo de energia dispendida na manutenção das temperaturas operacionais dentro dos valores preestabelecidos em projetos, reduzindo as perdas de calor em sistemas de aquecimento ou reduzindo os ganhos de calor em sistemas de climatização e refrigeração, assegurando o desempenho desses sistemas sem sobrecarregar os demais equipamentos e componentes a eles pertencentes.
No “Campo do Frio”, ou seja, sistemas de climatização e refrigeração que operam abaixo da temperatura ambiente, o isolamento térmico não visa somente à eficiência térmica do sistema, mas também, minimizar a probabilidade de ocorrência da Condensação Superficial e, principalmente, da Condensação Intersticial ou Interna, ou seja, quando o vapor de água, contido no ar atmosférico, penetra no isolamento por difusão, condensa e “encharca” o material.
Em sistemas que operam com temperatura igual ou inferior a 0 °C, a água assim condensada poderá passar ao estado sólido e a sua solidificação se dá com o aumento de seu volume específico. Em quaisquer dos casos haverá comprometimento da resistência térmica do sistema, podendo leva-lo a sua total falência em curto espaço de tempo.
No entanto, de nada vale especificar e dimensionar produtos com propriedades asseguradas, que prolongam a vida útil e promovem economia de energia comprovada ao longo do tempo de operação da instalação, se não forem aplicados corretamente.
É muito comum deparar com instalações cujos procedimentos utilizados na sustentação e apoio das tubulações isoladas estão totalmente incorretos.
Muitos materiais isolantes térmicos possuem baixa resistência à compressão por serem flexíveis e quando não está previsto um sistema de apoio e/ou sustentação adequado da tubulação o isolamento sofrerá nesses pontos, redução significativa em sua espessura original por esmagamento ou compressão devido ao peso próprio do material isolante, da tubulação e do fluido que nela transcorre, ocasionando pontes térmicas e, no “Campo do Frio”, também ocorrerão condensações localizadas.
Alguns exemplos desse tipo de procedimento podem ser vistos na Fig. 1 onde foram utilizados: cintas plásticas ou metálicas, meia-calhas ou segmentos de tubo de PVC cortados longitudinalmente e até suportes tradicionais aplicados diretamente sobre o material isolante flexível.
Para evitar o esmagamento do material isolante flexível existem no mercado diversos suportes, onde a tubulação fica apoiada sobre berços ou cambotas de madeira ou plástico rígido e denso, conforme mostra a Fig. 2.
Além desses tipos de suportes, podem-se encontrar inúmeras variedades de suportes metálicos, desenvolvidos para atender as mais diversas exigências específicas de cada instalação. Alguns desses suportes podem ser visualizados na Fig. 3.
Todos os suportes convencionais, destacados anteriormente, são apoiados diretamente sobre as tubulações para suportarem a carga exercida pelo peso próprio da instalação, e para tal têm como principal característica a alta resistência mecânica.
No caso de tubulações que operam com fluidos térmicos, existe a necessidade de se promover o isolamento térmico. Para que os sistemas de isolamento térmico cumpram com a sua função é necessário que sejam projetados com materiais que possuam baixa Condutividade Térmica ().
Quanto menor a condutividade térmica, melhor é o material isolante, pois mais resistência ao fluxo de calor ele irá proporcionar ao sistema. São considerados materiais isolantes térmicos aqueles que apresentam valores de Condutividade Térmica () menores que 0,065 W/(m.K). Materiais com “” entre 0,065 e 0,09 W/(m.K) são considerados semi-isolantes e os que possuem “” acima de 0,09 W/(m.K) não são considerados isolantes térmicos.
O valor da Condutividade Térmica da madeira está entre 0,11 e 0,14 W/(m.K), dos plásticos de alta densidade está entre 0,35 e 0,50 W/(m.K), do aço é de 52 W/(m.K) e do ferro é de 80,2 W/(m.K).
Como esses materiais, que constituem os suportes convencionais, ficam em contato direto com a tubulação e por apresentarem valores de Condutividade Térmica acima dos materiais considerados isolantes térmicos, eles fornecem um caminho direto para a passagem de calor através do sistema de isolamento térmico, denominado “Ponte Térmica”.
O uso de tiras delgadas de borracha ou neoprene entre o suporte e a tubulação pode induzir a falsa ideia que elas desempenham a função de isolamento térmico e com isso eliminam a ponte térmica.
Na verdade, tais tiras têm por finalidade evitar o contato direto do suporte com a tubulação, para proteger a tubulação contra danos mecânicos e, principalmente, evitar a corrosão galvânica que ocorre entre distintos metais quando em contato.
Mesmo as cambotas de madeira e as de plástico de alta densidade, desenvolvidas a princípio para minimizar essas pontes térmicas por possuírem valores de condutividade térmica muito mais baixos aos dos suportes metálicos, não proporcionam uma resistência térmica equivalente ao material utilizado no isolamento da tubulação.
Tal fato fica mais evidente quando a instalação opera em regime contínuo. Já no caso dos suportes metálicos, por possuírem alta condutividade térmica, a ponte térmica se evidencia quase que imediatamente.
A Fig. 4 ilustra exemplos de pontes térmicas que ocorrem em tubulações isoladas e apoiadas diretamente sobre suportes metálicos convencionais.
Está comprovado que, as “Pontes Térmicas” representam pontos falhos em qualquer Sistema de Isolamento Térmico, sendo responsáveis pelas indesejadas perdas ou ganhos de calor que comprometem a eficiência e vida útil dos sistemas e aumentam os gastos energéticos.
Além disso, as superfícies e componentes desses suportes convencionais, que ficam expostos ao ambiente, ou seja, que transpassam a espessura isolamento, causam outros tipos de problemas.
No caso de sistemas de aquecimento, haverá irradiação de calor para o ambiente, prejudicando o conforto térmico e/ou equipamentos próximos.
Se os elementos forem metálicos, a intensidade da irradiação será maior ainda, e dependendo da temperatura operacional, as temperaturas superficiais desses elementos poderão ultrapassar os 60 °C, como apresentado no exemplo “Sistema de Água Quente” da Fig. 4, trazendo risco de queimaduras graves e sequelas irreversíveis quando em contato com a pele humana.
Já no “Campo do Frio”, haverá a ocorrência da condensação superficial ou a formação de gelo cuja intensidade e frequência irão depender de inúmeros fatores como: tipo, material, emissividade dos elementos expostos, temperatura operacional, condições climáticas e de contorno onde se encontram essas instalações.
Os elementos metálicos, por possuírem baixa emissividade e alta condutividade térmica evidenciam o fenômeno da condensação superficial de forma mais rápida e intensa.
Mesmo as cambotas de madeira e de plástico de alta densidade, apesar de possuírem emissividade mais alta e condutividade térmica mais baixa em relação aos suportes metálicos, também irão sofrer a ação da condensação superficial.
A madeira é naturalmente higroscópica, ou seja, absorve água e umidade, o que a torna uma má escolha para sistemas que operam no “Campo do Frio”.
Portanto, qualquer que seja o tipo de suporte convencional, a umidade gerada pela condensação superficial irá produzir mofo, desenvolvimento de fungos e bactérias, corrosão, não só do suporte, mas dos elementos metálicos que promovem a sua fixação, como tirantes, parafusos, perfis metálicos de apoio e etc.
Além disso, representam pontos vulneráveis à ação da difusão do vapor de água contido no ar que rodeia a instalação, comprometendo a estanqueidade do sistema e, aliado à condensação persistente, permitindo a infiltração de umidade que causa a corrosão sob o isolamento (CSI), saturação e consequente deterioração precoce do material isolante.
Alguns desses fatos podem ser comprovados através das imagens de instalações que operam no “Campo do Frio”, destacadas na Fig. 5, onde é possível observar a ocorrência da condensação superficial localizada, tanto em cambotas de madeira e plástico denso como nos suportes metálicos, a deterioração do material isolante, a oxidação dos elementos metálicos e o desenvolvimento de fungos.
Apesar de muitas instalações ainda utilizarem os suportes convencionais em tubulações isoladas, quer seja por negligência ou desconhecimento, pouca ou nenhuma atenção é dispensada aos problemas que irão surgir após a instalação entrar em operação.
Independentemente do tipo ou material que esses suportes convencionais sejam constituídos, eles exigem cuidados especiais durante a sua instalação, para minimizar os problemas decorrentes de pontes térmicas e condensações localizadas.
Nesses casos, todas as superfícies expostas dos suportes e todos os elementos em contato ou ligados a eles, como: parafusos de fixação, abraçadeiras, perfis de apoio e fixação dos suportes, perfis metálicos, tirantes rosqueados ou vergalhões de sustentação dos suportes e etc., devem ser isolados integralmente com espessura igual à requerida pela tubulação.
No entanto, tal procedimento trata-se de uma solução paliativa que, além de demandar mais material, tempo e cuidado na aplicação, não assegura totalmente a estanqueidade do sistema com o passar do tempo, pois a movimentação natural da tubulação, causada pelas dilatações, contrações e vibrações, irá provocar aberturas nesses pontos, tendo como consequência o surgimento dos mesmos problemas, ou seja, pontes térmicas que comprometem a eficiência do sistema, condensações localizadas e infiltração de umidade, responsáveis pela degradação do material isolante, corrosão e desenvolvimento de fungos e bactérias que trazem riscos à saúde ocupacional e contaminação do local.
Portanto, a melhor e mais eficiente solução está na utilização dos Suportes de Tubulação Armafix® BR, destacados na Fig. 6.
Fabricados pela Armacell®, os Suportes Armafix® BR foram especialmente desenvolvidos para garantir a estanqueidade do sistema e preservar a integridade da espessura do isolamento nos pontos de apoio e sustentação de tubulações isoladas, evitando pontes térmicas e condensações localizadas.
Compostos por um núcleo envolvente e bipartido em espuma isolante térmica rígida com boa resistência a compressão e de baixa condutividade térmica, equivalente com o material isolante térmico da tubulação, adjacente às laterais do suporte.
São revestidos lateralmente com Espuma Elastomérica Armaflex®, propiciando uma perfeita colagem e selagem das juntas com os isolamentos adjacentes. Externamente recebem um acabamento com uma capa de PVC preta, resistente e flexível e com fechamento sobreposto autoadesivo, que promovem resistência contrachoques mecânicos e exercem a função de barreira de vapor, protegendo o núcleo contra a difusão do vapor de água do ar externo e assegurando a estanqueidade do conjunto.
Dimensionados para atenderem as classes de espessuras técnico crescentes das linhas H/M e R/T são compatíveis com diversas bitolas de tubulações metálicas e de plástico, o que permite fácil posicionamento e envolvimento sobre a tubulação.
Os diversos modelos disponíveis estão destacados em nosso catálogo técnico Armafix® BR. Nele, também, são indicados para cada modelo, os distanciamentos máximos permitidos entre os suportes, que devem ser respeitados para que não haja comprometimento de sua resistência mecânica, devido ao peso próprio da instalação.
De fácil e rápida instalação, devem ser posicionados e instalados previamente ao isolamento adjacente da tubulação, conforme instruções básicas ilustradas na Fig. 7.
Dependendo da disposição da linha, a sua fixação junto aos suportes deverá ser complementada com abraçadeiras metálicas adequadas ou mesmo com os suportes convencionais existentes no mercado e compatíveis com os diâmetros externos de cada modelo de Suporte Armafix® BR, conforme exemplos da Fig. 8.
Em resumo, é certo que os pontos de apoio e sustentação de tubulações isoladas devem ser tratados com muita atenção, pois, como demonstrado anteriormente, podem gerar pontes térmicas e comprometer todo o desempenho do sistema de isolamento térmico.
Ao se considerar a quantidade de suportes de tubulação em uma instalação industrial ou comercial típica, é possível ter uma ideia o quanto eles poderão impactar nos custos energéticos para manter a instalação operando dentro dos requisitos preestabelecidos pelo projeto.
No entanto, tal fato é negligenciado, quer seja por falta de conhecimento técnico ou interesses próprios, onde o principal objetivo é a busca e obtenção de uma redução inicial e imediata nos custos da obra, no qual se opta por soluções não muito apropriadas, tais como: a aquisição de materiais mais baratos, inadequados e de qualidade duvidosa; a contratação de mão de obra não qualificada; a adoção de procedimentos não recomendáveis e etc.
Enfim, tais procedimentos, infelizmente ainda são muito comuns, além de pôr em risco o desempenho e durabilidade do sistema, irão causar ao proprietário da obra transtornos e prejuízos econômicos desnecessários em curto espaço de tempo.
Portanto, é preciso fazer uma análise do Custo Total de Propriedade, que envolve não só os custos de aquisição e aplicação, mas também as vantagens em economia de energia a longo prazo, custos com manutenção e substituição, que os Suportes Armafix® BR proporcionam se comparados com os suportes convencionais, pois evitam os problemas que geralmente ocorrem nos pontos de apoio e sustentação de tubulações isoladas e, principalmente, representam benefícios financeiros interessantes para o proprietário da obra.
Por: Eng. André Dickert
E-mail: [email protected]
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