05 jun Isolamento de tubulações e tanques de água gelada

Quando há um diferencial entre a temperatura operacional interna do fluido e a temperatura ambiente, como é o caso de tubulações e tanques de água gelada, fica caracterizado que há um fluxo de calor da temperatura mais alta para a mais baixa. Desta forma, o isolamento térmico é de fundamental importância, pois tem como objetivo criar uma resistência a essa transmissão, reduzindo os ganhos de calor e garantindo o bom funcionamento da instalação, evitando a sobrecarga dos demais componentes dos sistemas na manutenção da temperatura dentro do valor preestabelecido e assegurando a sua performance dentro dos parâmetros de eficiência e economia energética propostos. Para que isso ocorra, segundo o engenheiro André Dickert, do departamento técnico da Polipex, os materiais isolantes térmicos devem apresentar baixos valores de Condutividade Térmica (l): menores que 0,065 W/(m.K).

Há um certo consenso no mercado que a espuma elastomérica é ideal para o isolamento térmico em linhas de água gelada e em tanques de armazenagem de água gelada. O engenheiro Rogério Pires, gerente nacional de isolamentos da Epex, comenta que a espuma elastomérica possui coeficiente de condutividade térmica, permitindo o isolamento seguro para fluídos em temperaturas até -50°C. Possui boa reação ao fogo, praticidade na instalação e são resistentes ao vapor d’água, garantindo a longevidade de suas características técnicas. Em tanques de água gelada o material, que também é fornecido em mantas, pode ser trabalhado de forma a cobrir todas as curvas, juntas e ligações, protegendo o sistema de perdas térmicas.

“Por terem boa reação ao fogo, praticidade na instalação e possuírem alta resistência ao vapor d’água, o que garante a longevidade de suas características técnicas, os materiais mais utilizados atualmente são as espumas elastoméricas, como o Armaflex”, comenta o engenheiro de produtos e aplicação da Armacell, Antonio Borsatti. Ele cita outros materiais, como o poliuretano e o poliestireno expandido que, por serem permeáveis ao vapor d’água exigem barreiras de vapor, aumentando a carga de trabalho e os resíduos na obra. São, ainda, mais sujeitos a falhas ficando encharcados em pouco tempo, perdendo as características técnicas e, consequentemente, a eficiência.

Para a engenheiro da Polipex, o material mais utilizado no isolamento de tubulações e de tanques de água gelada é a espuma elastomérica à base de borracha nitrílica expandida. Ele cita outros produtos, como as espumas de polietileno de baixa densidade expandido, o poliuretano, e o poliestireno. Todos apresentam baixa condutividade térmica. “Contudo, no campo do frio, ou seja, em instalações que operam com temperaturas abaixo da ambiente, a escolha do material isolante térmico e o dimensionamento da sua espessura devem levar em consideração não somente a questão da redução do fluxo de calor através dele, mas também as questões da condensação superficial e, principalmente, da condensação intersticial ou interna. Para evitar a condensação superficial, a espessura do isolamento deve ser dimensionada de forma que se obtenha uma temperatura superficial externa superior à de orvalho. No entanto, quando uma instalação está exposta às condições climáticas sobre as quais não se tem controle, principalmente em ambientes onde os altos índices de umidade relativa são frequentes ou ambientes estanques ou pouco ventilados como forros, shafts e garagens, mesmo com a espessura do isolamento térmico tendendo ao infinito, não existe qualquer garantia de evitar o fenômeno da condensação superficial, já que o risco dela ocorrer é constante, bastando uma ligeira queda na temperatura ambiente. A presença da condensação superficial em uma instalação não significa necessariamente que a eficiência do sistema isolante esteja comprometida, contudo, a umidade decorrente dela deve ser evitada, principalmente em ambientes específicos, pois contribui para o desenvolvimento de fungos e bactérias, que trazem riscos à saúde ocupacional, e para a contaminação do local. Já a condensação intersticial ou interna ocorre quando o vapor de água, contido no ar atmosférico, penetra no isolamento por difusão, condensa e encharca o material”, explica.

“Condutância térmica; permeância ao vapor d’água; flamabilidade; resistência a formação de fungos e a outros materiais orgânicos; estabilidade dimensional; facilidade de aplicação; durabilidade; e custo são propriedades físicas e químicas que definem e comparam materiais destinados a isolamentos térmicos”, cita o engenheiro mecânico Luiz Carlos Petry, da LC Petry.

Outro ponto importante é saber se há diferenças entre isolamento para tubulação de aço e de plástico. Para Dickert os diversos materiais utilizados na fabricação de tubos metálicos (ferrosos ou não-ferrosos) ou plásticos, possuem propriedades e qualidades distintas. Dessa forma, a escolha do tipo de tubo mais adequado está diretamente relacionada com os requisitos técnico/econômicos de cada projeto, que deve levar em consideração uma série de fatores, como a natureza e temperatura do fluido transportado, para que não agrida o material da tubulação ou não seja contaminado por ele. “Com a crescente demanda de tubulações de plástico rígido de alta densidade, como o CPVC (Policloreto de Vinila Clorado) e o PPR (Polipropileno Copolímero Random), que possuem valores de condutividade térmica menor que a das tubulações metálicas, o mercado vem sendo induzido a acreditar que o isolamento térmico é totalmente dispensável ou que a sua espessura pode ser reduzida significativamente em função disso. Cabe esclarecer que, embora a condutividade térmica dos tubos de plástico seja mais baixa, ela está muito acima dos valores estabelecidos para um material considerado como isolante térmico; além disso, a densidade desses materiais é muitas vezes superior à de qualquer material isolante térmico, o que resulta, também, numa energia armazenada muito maior”, explica.

“Na prática, desde que o material isolante não tenha algum tipo de incompatibilidade com o material da tubulação podem ser utilizados os mesmos tipos de isolamento para tubulações de aço e de plástico, porém, para tubulações de aço inoxidável é necessário utilizar materiais livres de substâncias halógenas que podem afetar este tipo de aço”, diz Borsatti.

Já Pires comenta que podemos incluir também tubos de cobre e alumínio. A determinação da espessura do isolamento térmico, em qualquer caso, seguirá o mesmo conceito. “Devido às características térmicas de cada material haverá uma pequena diferença no resultado da espessura, no cálculo teórico, mas essa diferença desaparece quando selecionamos as espessuras comerciais. Em relação à instalação, os cuidados também são os mesmos”, explica.

Produtos e soluções

“Para o isolamento de tubulações de água gelada temos em nosso catálogo uma solução prática para ligações de fancoils e fancoletes em sistemas hidrônicos, o Chicote Hidrônico VidoPex. Ele é confeccionado com tubos de polietileno reticulado (PEX) e revestido com isolamento à base de espuma elastomérica, conforme medidas do projeto. Como é flexível e de fácil encaixe pode reduzir até em 2/3 o tempo despendido. Em relação a produtos e soluções para isolamento de tanques de armazenagem de água, possuímos soluções customizadas para cada tipo de situação. Nosso departamento técnico projeta na medida da necessidade de cada cliente”, explica Pires.

A Armacell introduziu em sua linha AF/Armaflex a tecnologia antimicrobiológica Microban, trazendo maior longevidade do material isolante e maior segurança para aplicações em instalações. Como citado anteriormente, para o isolamento de tanques de armazenagem de água gelada, a empresa recomenda o Armaflex. O uso dessa tecnologia aumenta a economia de energia ao longo dos anos, visto que o material apresenta alta resistência ao vapor d´água, permitindo a execução da obra em menor tempo e com menor geração de resíduos, segundo a empresa.

Para Petry, os principais materiais usados e todos com baixa condutância térmica e boa estabilidade dimensional, são:

a) calhas e painéis de Poliestireno Expandido (EPS), de baixo custo, mas requerem barreira de vapor e proteção mecânica; para uso em tubulações são apresentados em forma de calhas bipartidas; para uso em tanques precisam ser produzidos com a conformação de curvatura do tanque, pois são apresentados em forma de painéis rígidos.

b) calhas e painéis de Poliuretano Expandido (PU), com apresentação similar ao EPS, com a vantagem de que, para os tanques, podem ser expandidos no local mediante a construção de formas que servirão de proteção mecânica; o PU tem a desvantagem de ser combustível e o seu processo de expansão ser tóxico

c) calhas e painéis de Lã de Vidro, com apresentação também similar ao EPS, mas requerem barreira de vapor muito eficiente, devido a sua alta permeabilidade ao vapor d’água; habitualmente são mais utilizados para tubulações de água quente.

d) Espumas Elastoméricas Nitrílicas (NBR), com uso muito difundido pelo fácil manuseio e bom desempenho quanto às propriedades físico-químicas; entretanto, sempre que forem expostas às radiações UV, necessitam de proteção mecânica para evitar a rápida deterioração (caso dos tanques atmosféricos).

e) Espumas Elastoméricas Etilênicas (EPDM), de aspecto e propriedades físico-químicas similares às borrachas nitrílicas, mas com a vantagem adicional de apresentarem alta resistência às radiações UV.

“A escolha e o uso de materiais é um processo técnico-econômico de engenharia que deve levar em conta diversos fatores, qualidade e restrições, juntamente com as características termodinâmicas de cada aplicação específica, como as temperaturas mínimas e máximas do processo; tipo de equipamento e local da aplicação; objetivos de longo prazo para economia de energia; retorno do investimento; durabilidade; entre outros. Ou seja, não existe um único material que possa ser apontado como ideal e que possa satisfazer todas as necessidades combinadas de cada aplicação específica, e a escolha deverá ser parte integrante de cada projeto e responsabilidade da equipe de engenharia”, comenta Petry.

Compatíveis com os materiais metálicos e plásticos das tubulações, a Polipex apresenta os seguintes materiais: a Espuma de Polietileno de Baixa Densidade Expandido ou em Espuma Elastomérica K-FLEX. Recentemente lançou uma solução limpadora desengraxante, para uso prévio à aplicação dos adesivos especiais de contato ou das mantas isolantes autoadesivas. Para garantir a estanqueidade do sistema contra perdas ou ganhos energéticos, penetração de umidade e difusão do vapor de água, todas e quaisquer juntas deverão ser coladas e seladas adequadamente. Nos pontos de apoio e sustentação da tubulação é recomendável instalar suportes estruturados, também desenvolvidos pela empresa. para garantir a estanqueidade e preservar a integridade da espessura do isolamento, evitando pontes térmicas e condensações localizadas. Para instalações externas ou com incidência direta de luz solar, a empresa recomenda aplicar um revestimento comprovadamente resistente à radiação solar, como a tinta emborrachada ou o sistema AluCLAD.

Independentemente da condição de aplicação ou do material da tubulação, as perdas energéticas são altas quando não há isolamento térmico. Mesmo nos trechos curtos de sistemas que não operam continuamente, onde é comum a prática de dispensar o isolamento térmico, as perdas energéticas existem, porém não são percebidas, já que a análise é feita pelo diferencial entre a temperatura de entrada e saída do fluido, que no caso é praticamente desprezível em virtude da velocidade com que ele escoa pela tubulação. Além de incorreto, tal procedimento não é justificável, uma vez que, o custo do material isolante é insignificante diante do custo total de uma instalação e o retorno de seu investimento é praticamente imediato, assegurado diante do benefício na redução das perdas ou do aumento na economia de energia que ele irá proporcionar ao sistema.

Charles Godini – charles@nteditorial.com.br