Valor-R: Resistência Térmica de Isolantes

Depois da publicação da minha nota do dia primeiro de outubro, um amigo (meu e desta coluna) me enviou uma mensagem pedindo que eu entrasse um pouco na discussão sobre Valor-R. O que é isto e por que o pessoal de engenharia usa? Se mesmo para nós da engenharia há confusão sobre isto, é natural que na avicultura eu não deva assumir que é um conceito bem entendido.

Um isolante térmico tem como função a de drasticamente reduzir a passagem de calor de uma área mais quente para uma mais fria. Por exemplo, nós colocamos uma lata de cerveja dentro de uma camisa de isolante térmico (uma espuma) para reduzir o ganho de calor da cerveja para que ela se mantenha fria por mais tempo. Na ausência do isolante, a cerveja facilmente ganharia calor do ambiente externo e se aqueceria mais rapidamente.

Há diversos motivos pelos quais utilizam-se isolantes térmicos, alguns dos quais são os seguintes:
1. Para dar conforto aos ocupantes de uma edificação – no caso da avicultura, este conforto é fundamental para garantir a produtividade de um lote de aves, principalmente quando há grandes diferenças de temperatura entre a superfície exterior do galpão e a temperatura interior. No Brasil, isto é particularmente verdade na cobertura que é irradiada pelo Sol durante boa parte do dia.
2. Para reduzir o consumo de energia – em galpões, isto se dá pela diminuição do uso de exaustores. Em edificações para gente, há diminuição dos custos de ar condicionado.
3. Para controlar a temperatura de uma superfície – esta foi a primeira justificativa para o uso de isolantes térmicos nos Estados Unidos. Ao se isolar uma superfície exposta ao clima frio externo, a temperatura da superfície interna do isolamento aumenta significativamente. No caso de galpões de animais, isto é feito para evitar condensação durante noites frias, já que o ambiente interno é mais quente e úmido.

Resistência Térmica
A principal característica de um isolante é a sua capacidade de reduzir a troca de calor entre a área que se encontra a uma temperatura mais alta e a área que se encontra a uma temperatura mais baixa. A resistência térmica do isolante é a entidade que mede o quão eficaz ele é em reduzir a troca de calor: quanto maior for a resistência térmica, melhor é o isolante térmico. Como se define a resistência térmica? Considere duas regiões que se encontram a temperaturas constantes , uma quente (a uma temperatura TQ) e uma fria (a uma temperatura TF). Ao se colocar um objeto entre as duas regiões, depois de passado um tempo um fluxo de calor (Q) vai se estabelecer. A resistência térmica (RT) do objeto é definida como

RT=(TQ-TF)/Q.

Ou seja, quanto maior o fluxo de calor Q, menor é a resistência térmica do material. Os materiais isolantes térmicos funcionam porque fazem com que o fluxo de calor seja pequeno. Assim, pela definição acima, a resistência térmica destes materiais é elevada.

Condutividade Térmica
Um outro conceito importante é o de condutividade térmica. Ela é uma propriedade termofísica de um material e é definida pela Lei de Fourier. Ao se colocar o objeto feito de um material entre duas temperaturas fixas, observa-se que o fluxo de calor Q é proporcional ao gradiente de temperatura. De uma forma mais rasteira, se escreve

Q=k (TQ-TF)/d,

Onde d é a distância entre a superfície quente e a superfície fria (ou seja, é a espessura do objeto) e k, que é a constante de proporcionalidade, é chamada de condutividade térmica do material. Ao se comparar as duas equações, é possível constatar que a resistência térmica de um objeto é definida como

RT=d/k.

Assim, para qualquer objeto, basta se saber a condutividade térmica do material do qual ele é feito e a sua espessura para se calcular a sua resistência térmica. Para ilustrar, observe nas Tabelas 1 e 2 a condutividade térmica de alguns materiais comuns e isolantes, respectivamente.

Tabela 1. Condutividade térmica de alguns materiais comuns em construção a 27°C .

Tabela 2. Condutividade térmica de alguns materiais isolantes em construção a 27°C.

Tabela 3 – Valor-R por polegada de material isolante.

Tabela 4 – Resistência térmica de isolantes comuns em aviários no Brasil para algumas espessuras.

Tabela 5 – Espessuras equivalentes de EPS e XPS para fornecer a mesma resistência térmica.