Determina a carga térmica e a espessura do isolamento das paredes, construídas com isolantes aplicados sobre alvenaria, das seguintes câmaras frigoríficas:
Congelamento de CARNE SUÍNA.
Isolamento: poliuretano.
Congelamento de CARNE SUÍNA.
Passo 1
O que o problema pede:
- Determinar a carga térmica das paredes da câmara frigorífica (somente troca de calor por condução/convectiva através das paredes).
- Determinar a espessura do isolamento de poliuretano aplicado sobre alvenaria de modo a atender um valor de transmissão térmica adequado para câmara de congelamento de carne suína.
Informações dadas no enunciado:
- Planta retangular da câmara:
× . - Pé direito (altura)
. - Isolamento: poliuretano com
e densidade (kg/m³) — eu usei para a condutividade térmica do isolamento. - Não foram fornecidas explicitamente temperaturas internas/externas, propriedades da alvenaria, coeficientes convectivos ou um valor-alvo de transmitância. Vou assumir valores típicos de projeto para câmaras de congelamento e justificar cada suposição na etapa seguinte (isso é necessário para poder calcular numericamente a espessura e a carga térmica).
Passo 2
Assunções de projeto (valores típicos usados e justificativa curta):
- Temperatura interna (congelamento de carne suína):
(valor usual para câmaras de congelamento). - Temperatura externa ambiente:
(condição quente representativa). - Diferença de temperatura:
. - Alvenaria: espessura
(15 cm, valor comum) e condutividade (valor típico para bloco/ alvenaria simples). - Coeficientes convectivos (convencionalmente adotados em projeto de câmaras):
- convecção exterior
(vento moderado / convecção externa). - convecção interior
(ar interno praticamente parado).
- convecção exterior
- Valor-alvo de transmitância térmica para câmara de congelamento (escolha justificável):
. Este é um valor típico recomendado para câmaras de congelamento (boa isolação). Vou converter para as unidades usadas aqui (kcal/h·m²·°C) e a partir daí obter a resistência térmica total alvo. - Conversão:
, portanto
- Conversão:
Observação: se você tiver valores diferentes (temperaturas, espessura da alvenaria,
ou um
alvo exigido pelo seu professor), basta substituir e refazer os cálculos — eu mostro passo a passo como.
Passo 3
Cálculo da área das paredes (dados da planta):
- Perímetro:
- Altura:
- Área total das paredes:
Passo 4
Modelo térmico e fórmulas básicas (aula rápida):
- Para uma parede composta o fluxo de calor por unidade de área, na regime estacionário, é dado por:
onde
é a soma das resistências térmicas em série (convectiva externa, camadas condutivas e convectiva interna):
- A transmitância térmica (coeficiente global) é
- Potência térmica (carga térmica) através de todas as paredes:
- Para encontrar a espessura do isolante que atenda um
, isolamos da expressão de :
com
.
Passo 5
Cálculo numérico da resistência total alvo e das resistências conhecidas:
-
→
- Resistências conhecidas:
-
-
- resistência da alvenaria:
-
- Soma das resistências não-isolante:
Passo 6
Determinação da espessura do isolante:
- Resistência necessária do isolante:
- Espessura do isolante:
- Em milímetros:
Obs.: espessura prática comercial mais próxima seria
(1 camada de 100 mm), o que dá um pouco melhor desempenho que o alvo.
Passo 7
Cálculo da carga térmica das paredes usando o
(confirmação numérica):
-
, , .
- Converter para watts (1 kcal/h
):
Interpretação rápida: com a espessura calculada (≈92 mm) e os pressupostos adotados, a perda térmica pelas paredes será cerca de
(≈
). Escolhendo a espessura comercial prática
o
fica um pouco menor e a carga proporcionalmente menor.
Passo 8
Resumo / checagem de ordem de grandeza e recomendação:
- Os números estão na ordem de grandeza esperada para uma grande câmara muito bem isolada: carga pelas paredes de algumas kW apenas (lembre que teto e piso e infiltrações e carga interna também entrarão no somatório total da câmara).
- Se quiser reduzir ainda mais a carga, aumenta-se a espessura do isolante (por exemplo 100 mm em vez de 92 mm) ou melhorar a alvenaria/eliminação de pontes térmicas.
- Se você tiver dados diferentes (temperaturas diferentes, outra espessura de alvenaria ou coeficientes convectivos), eu aplico os mesmos passos e recalculo.
Resposta
Carga térmica pelas paredes:
Espessura do isolamento de poliuretano: (aprox.
; adotar comercialmente
é recomendado).
Espessura do isolamento de poliuretano: