Com o objetivo de melhorar o isolamento térmico de um pequeno depósito refrigerado de um laboratório de análises clínicas, o responsável técnico fez um requerimento para a compra de placas de poliestireno (PS, mais conhecido como isopor). Porém, ao fazer o orçamento, descobriu que há dois tipos de placas desse material. De acordo com o orçamento, seria possível revestir internamente a sala refrigerada com uma camada de 4 cm de espessura do PS1, mais barato, ou 1,5 cm de espessura do PS2, mais caro. Os materiais têm preços diferentes, pois a eficiência de isolamento é diferente. A constante de condutividade térmica do PS1 é 0,33W/(m ⋅ K) enquanto a do PS2 é 0,03 W/(m ⋅ K).
Sabendo que a temperatura externa à sala é de 28 °C e a interna é de 8 °C, discuta sobre qual tipo de poliestireno o técnico deve comprar para obter a melhor eficiência de isolamento no sistema.
Soluções para a tarefa
Considerando a lei de Fourier para condutividade térmica, a melhor eficiência de isolamento térmico se dá para a placa de poliestireno (isopor) PS2.
Transmissão de calor por condução
De acordo com a lei de Fourier a densidade de fluxo q da condução térmica de um material é dada por:
q = -λ.ΔT / Δx [W / m²]
Sendo:
- ΔT a diferença de temperatura entre os sistemas [K].
- Δx a distância entre os sistemas [m].
- λ o coeficiente (constante) de condutividade térmica [W/(m.K)].
Densidade de fluxo térmico de cada material
Como sabemos a diferença de temperatura entre a sala e o ambiente externo e os coeficientes, podemos calcular a densidade de fluxo para cada material:
Material PS1
q₁ = -λ.ΔT / Δx₁
q₁ = -0,33 x 293 / 0,04
q₁ = -2417,25 W/m²
Material PS2
q₂ = -λ.ΔT / Δx₂
q₂ = -0,03 x 293 / 0,015
q₂ = -586,00 W/m²
Escolha do material isolante
Como desejamos a melhor eficiência de isolamento, a melhor escolha de material é aquele que possui a menor valor absoluto de densidade de fluxo. Portanto, a melhor escolha é o material PS2.
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