Isolamento térmico – Visão geral das classes e áreas de aplicação

O isolamento é um tópico fundamental na tecnologia e indústria modernas que vai muito além de apenas manter os edifícios quentes. Quer se trate do isolamento elétrico de motores, do isolamento térmico de condutas ou da proteção contra temperaturas extremas em processos industriais, o isolamento correto é fundamental para a eficiência, segurança e durabilidade dos sistemas e equipamentos. Em engenharia elétrica, as classes de materiais isolantes desempenham um papel essencial em garantir que as máquinas elétricas possam funcionar de forma fiável em condições extremas. O que são exatamente materiais isolantes e como ajudam a aumentar a eficiência e a segurança dos processos industriais? Irá descobrir no artigo seguinte.

O que é isolamento?

O objetivo do isolamento é prevenir ou reduzir um fluxo indesejado de energia (eletricidade, calor) ou substâncias que, de outra forma, poderiam levar a danos e perda de função. É feita uma distinção entre isolamento térmico e elétrico. O isolamento elétrico refere-se exclusivamente ao fluxo de energia elétrica, enquanto o isolamento térmico refere-se à transferência de calor ou frio.

Isolamento térmico vs. elétrico

Isolamento térmico refere-se ao uso de materiais e sistemas que controlam e minimizam o fluxo de calor entre diferentes áreas. Em aplicações industriais, como em engenharia mecânica, o isolamento térmico é crucial para otimizar a eficiência energética, garantindo a estabilidade do processo e aumentando a segurança operacional. Ao reduzir as perdas de calor nos sistemas de aquecimento e arrefecimento, o consumo de energia pode ser significativamente reduzido. Além disso, o isolamento térmico protege o pessoal e o equipamento contra temperaturas extremas comuns em ambientes industriais.

Classes térmicas de acordo com DIN 60085

DIN EN 60085 refere-se à classificação térmica de materiais isolantes elétricos e sistemas isolantes. Trata-se de isolamento elétrico no contexto da sua estabilidade térmica. A norma estabelece como os materiais e sistemas de isolamento utilizados em máquinas e equipamentos elétricos são classificados em termos das suas temperaturas máximas de funcionamento permitidas. O objetivo é garantir que estes materiais funcionam de forma fiável sob tensão térmica sem perder as suas propriedades de isolamento. As várias classes de materiais isolantes são identificadas por letras ou números, cada um dos quais corresponde a uma temperatura operacional máxima permitida.

As seguintes classes de materiais isolantes são diferenciadas da seguinte forma:

As classes de material isolante F e H são comuns para sistemas de isolamento em máquinas e motores elétricos. Os sistemas de isolamento desta classe garantem que as máquinas funcionam de forma fiável sob cargas elevadas e condições difíceis de ambientes industriais. Por exemplo, um motor projetado para a classe F de material isolante pode trabalhar com segurança em uma temperatura máxima de operação de 155 °C, enquanto um motor classe H pode suportar temperaturas de até 180 °C.

Substâncias isolantes e materiais isolantes

Os materiais isolantes térmicos são utilizados em aplicações industriais para minimizar perdas de calor, aumentar a eficiência energética e tornar os ambientes de trabalho mais seguros. Os isoladores térmicos são usados na indústria em uma variedade de aplicações, incluindo o isolamento de tubulações, fornos e outros equipamentos e sistemas que geram ou lidam com altas temperaturas.

Devido às suas propriedades, alguns materiais são particularmente adequados para utilização como isolamento. As borrachas e espumas de poliuretano podem ser utilizadas numa vasta gama de temperaturas, são geralmente limitadas a temperaturas moderadas até cerca de 80-100 °C, enquanto as borrachas gerais têm uma resistência de temperatura muito elevada. A borracha de silicone, por exemplo, pode suportar temperaturas superiores a 250 °C.

Painéis de isolamento como componentes de isolamento

Os painéis de isolamento são componentes especificamente desenvolvidos para isolamento térmico. Os materiais típicos que consistem em painéis de isolamento são, por exemplo, poliestireno, lã de vidro, espuma de extrusão ou poliuretano. Cada material tem características especiais, não apenas relacionadas com a condutividade térmica, mas também com a proteção contra incêndios ou resistência à humidade.

Painéis de isolamento MISUMI

A MISUMI oferece uma gama abrangente de painéis de isolamento. Estes consistem em películas de fibra de vidro laminadas resistentes ao calor (para a estrutura) e materiais compostos com elevada resistência ao calor. Existem diferentes variantes, tais como uma versão padrão para utilização como material de construção normal para prensas de aquecimento ou espaçadores. Além disso, existem também versões concebidas para suportar temperaturas elevadas ou muito elevadas. Estes podem ter um elevado grau de resistência ao calor de até 1000 °C. Os painéis de isolamento térmico da MISUMI fornecem isolamento térmico superior para ajudar a melhorar e garantir um ambiente operacional mais seguro.

Instruções de utilização para painéis de isolamento

Existem algumas características especiais disponíveis nos painéis de isolamento que devem ser consideradas para uma aplicação bem-sucedida, tais como:

• os painéis de isolamento térmico podem partir-se facilmente. Por conseguinte, deve ser sempre utilizada uma anilha ao apertar o painel. Não aparafuse demasiado.
• Assim que os painéis de isolamento ficarem saturados com humidade, podem ocorrer fissuras e o desempenho pode ser reduzido. Por conseguinte, só devem ser armazenados e utilizados num ambiente seco.
• Podem desenvolver-se fumo ou odores a temperaturas muito elevadas. Embora não sejam prejudiciais para a sua saúde, os painéis de isolamento só devem ser utilizados em ambientes bem ventilados.

Características do isolamento térmico

O isolamento térmico pode ser descrito ou quantificado usando parâmetros diferentes. Estes parâmetros fornecem a base para a tomada de decisões ao selecionar o material de isolamento adequado para várias aplicações. As características do isolamento térmico incluem, por exemplo:

• Condutividade térmica: A condutividade térmica é uma medida da capacidade de um material conduzir calor. É medida em watts por metro por Kelvin (W/m * K). Valores mais baixos significam melhor isolamento.
• Resistência térmica: A resistência térmica, ou também chamada de valor R, é uma medida da resistência de uma substância ou material ao fluxo de calor. É indicada em metros quadrados Kelvin por watt (m²K/W). Quanto maior for a resistência térmica, melhor é o isolamento.
• Coeficiente de transmissão de calor: O coeficiente de transmissão de calor, também denominado valor U, indica o fluxo de calor através de um componente se a temperatura exterior for diferente da temperatura interior. Um coeficiente de transmissão de calor baixo indica que o material permite a passagem de pouco calor e é um bom isolador.
• Capacidade de aquecimento específica: A capacidade de calor específica refere-se à quantidade de calor necessária para aumentar a temperatura duma massa particular dum material. Este valor é indicado em joules por quilograma e Kelvin (J/kgK). Quanto maior for a capacidade de calor específica, mais calor pode ser absorvido pelo material.
• Comportamento de incêndio: O comportamento de incêndio refere-se à capacidade de um material suportar o fogo e temperaturas elevadas. Indica se é inflamável ou emite fumo e toxinas em caso de incêndio.

Ao selecionar um material isolante adequado, os requisitos específicos de uma aplicação devem ser cuidadosamente avaliados. Ao planear aplicações de isolamento, as reservas de segurança devem ser sempre incluídas para lidar com tensões inesperadas ou condições extremas. Estas reservas garantem que o material isolante funciona de forma fiável mesmo em condições desfavoráveis e cumpre os requisitos do sistema. Também deve ser considerado o efeito das expansões térmicas e a possibilidade de falhas devido a tensões mecânicas. A integração de reservas de segurança na fase de planeamento aumenta a robustez do sistema e garante que o isolamento funciona de forma eficiente e fiável.

Aplicações de isolamento térmico

O isolamento térmico é aplicado em várias áreas. Em engenharia mecânica e fabricação industrial, o isolamento térmico melhora a eficiência energética, otimiza processos e aumenta a segurança geral. Na engenharia mecânica, os painéis de isolamento melhoram a eficiência dos sistemas de aquecimento e arrefecimento, minimizando as perdas de calor e melhorando o controlo da temperatura.

Isolamento térmico em máquinas de moldagem por injeção

As máquinas de moldagem por injeção são utilizadas para a produção de peças de plástico complexas. Este processo requer quantidades significativas de energia e envolve temperaturas elevadas. Aquecendo granulado de plástico até ao ponto de fusão, o plástico pode ser processado na máquina de moldagem por injeção. O isolamento térmico é utilizado em máquinas de moldagem por injeção para garantir uma distribuição uniforme da temperatura e para evitar que a fusão arrefeça por um lado. Por outro lado, o isolamento deve minimizar as perdas de calor, aumentar a segurança operacional e reduzir o consumo de energia.

Para mais informações e dicas sobre as definições da máquina para máquinas de moldagem por injeção, consulte o artigo do blog – Moldagem de plástico por injeção – Definições de Máquina.

Isolamento de tubos industriais

Em processos industriais, os tubos são isolados, entre outras coisas, para reduzir a transferência de calor de meios quentes ou frios para o ambiente. Isto não só aumenta a proteção dos trabalhadores contra temperaturas de superfície potencialmente perigosas dos tubos, como também evita a condensação no exterior das linhas de refrigeração, o que pode levar à corrosão.

Painéis de isolamento em processamento de metal

Na indústria de processamento de metais, os fornos de aquecimento são utilizados para o tratamento térmico para alterar as propriedades mecânicas dos metais através de processos como endurecimento, têmpera e recozimento. O isolamento térmico é particularmente importante aqui. Os painéis de isolamento feitos de materiais compostos resistentes a altas temperaturas reduzem a perda de calor e, ao mesmo tempo, permitem uma distribuição mais uniforme da temperatura no forno. Os materiais compostos utilizados em painéis de isolamento para fornos foram especificamente concebidos para suportar temperaturas extremas. Os compósitos de fibra cerâmica, por exemplo, são conhecidos pela sua excelente resistência ao calor e baixa condutividade térmica.