Rendimentos decrescentes e a espessura econômica do isolamento térmico

O conceito de rendimentos decrescentes no isolamento térmico se refere ao princípio de que, além de um certo ponto, adicionar mais isolamento produz melhorias progressivamente menores no desempenho térmico. Esse efeito se torna importante ao considerar a eficiência e a relação custo-benefício dos materiais de isolamento em várias aplicações, especialmente no isolamento industrial.

Inicialmente, adicionar isolamento a um tubo ou vaso pode reduzir significativamente a transferência de calor, o que melhora a eficiência energética, o controle do processo e a segurança. Por exemplo, conforme mostrado no gráfico acima, isolar um tubo de 6” operando a 200° C. com apenas 25 mm de lã de rocha fornece uma eficiência térmica – uma redução de perda de energia em % em comparação com o tubo não isolado – de 92%. No entanto, à medida que a espessura do isolamento aumenta, o benefício incremental de cada camada adicional de 25 mm diminui. Dobrar a espessura do isolamento de 25 mm para 50 mm fornece apenas um aumento adicional de 3,35% na eficiência. Aplicar uma camada adicional de 25 mm melhorará esse desempenho em apenas 1,2%. Isso significa que, após atingir um nível ideal de isolamento, novos aumentos na espessura resultarão em ganhos cada vez menores na resistência térmica.

O motivo para os rendimentos decrescentes é que a eficácia do material isolante não depende somente de sua espessura e condutividade térmica (valor “K”), mas também de outros fatores, como a área de superfície externa – que aumenta com cada aumento na espessura do isolamento – e outras vias de transferência térmica, como radiação e convecção. Além de uma certa espessura, a redução na perda de calor se torna mínima à medida que a resistência térmica do isolamento se aproxima de seu limite. Ao pesar o custo total instalado de isolamento adicional, chegaremos à intersecção onde o aumento da eficiência térmica não compensará suficientemente o custo do isolamento adicional. Esta intersecção representa a espessura econômica. As espessuras disponíveis comercialmente deum dado produto de isolamento serão determinantes neste cálculo. No caso aqui do tubo de 6” operando a 200° C, o cálculo da espessura econômica para muitos usuários geralmente resulta em uma espessura de 38 mm, fornecendo uma eficiência térmica de 94,3%.

Em resumo, embora adicionar isolamento seja essencial para melhorar o desempenho térmico, o princípio dos retornos decrescentes resulta em um nível ideal de isolamento onde a eficiência térmica é maximizada em relação aos custos. Além deste ponto, o isolamento adicional fornece melhorias progressivamente menores, tornando importante equilibrar a espessura do isolamento com considerações econômicas e práticas. Finalmente, a eficiência térmica sozinha pode não ser o único critério para um determinado usuário. Diferentes isolamentos podem ter propriedades físicas muito diferentes, como resistência à compressão ou hidrofobicidade, e essas propriedades podem igualmente impactar decisões sobre o tipo e a espessura do isolamento que é selecionado.