DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE DIFERENTES MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ATRAVÉS DO MÉTODO DO REGIME REGULAR.

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1 DETERMINAÇÃO DA CONDUTIVIDADE TÉRMICA DE DIFERENTES MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO ATRAVÉS DO MÉTODO DO REGIME REGULAR. Sandra Cristina Telles Senger, Luciano Pivoto Specht, Oleg Khatchatorian. Aluna do Mestrado de Modelagem Matemática - UNIJUI, Ijuí - RS, Brasil, sandractelles@hotmail.com Professor do Mestrado de Modelagem Matemática - UFSM, Santa Maria - RS, Brasil, luspecht@ufsm.br Professor do Mestrado de Modelagem Matemática - UNIJUI, Ijuí - RS, Brasil, olegkha@unijui.edu.br Resumo: Neste trabalho procurou-se estudar a condutividade térmica de alguns materiais empregados na construção civil da região noroeste do estado do Rio Grande do Sul, através da análise das temperaturas e aplicação do Método do Regime Regular. Através dos processos implementados e dos dados obtidos percebe-se que os resultados poderão ser muito úteis, simulando o comportamento térmico de estruturas civis. Palavras-Chave: Propriedades térmicas, Transferência de calor, paredes.. INTRODUÇÃO Diversos fatores têm contribuído para o aumento do uso de energia por todo o mundo. A globalização disseminou mundialmente o estilo de vida dos países mais desenvolvidos, levando muitas sociedades a um ponto extremo, onde não é possível reverter o quadro e viver sustentavelmente. Um desses fatores que causam grande impacto ambiental em nações desenvolvidas é o uso de energia em edificações. Globalmente, a indústria da construção e o ambiente construído são dois dos maiores consumidores de energia e materiais (SANTIN; ITARD; VISSCHER, 9, []). Diante disso devemos pensar em novas formas de sustentabilidade e economia dos recursos energéticos existentes. Cabe salientar que no condicionamento de ar, o desperdício de energia é grande, as maneiras de reduzir o consumo são fáceis e sem grandes investimentos. O emprego de materiais com maior resistência térmica poderia representar, em muitos casos, uma grande redução no consumo de energia elétrica em edificações com ambientes climatizados e também representar um maior conforto dos ocupantes de edificações sem condicionamento de ar, já que estes materiais proporcionam maior isolamento térmico do ambiente a ser ocupado, diminuindo as trocas de calor com o meio externo, Gasparini (5, p.,[]). O projeto de edificações energeticamente eficientes necessita de conhecimentos sobre a transferência de calor do ambiente externo para o interior das edificações, a fim de criar soluções que associem diferentes materiais e dimensões de camadas às condições desejadas de conforto térmico. A produção desse conhecimento via construção de protótipos, além de onerosa, apresenta dificuldades com relação à variação dos materiais e dimensões das camadas. A pesquisa com modelagem matemática é uma alternativa que tem se mostrado eficiente, ágil e barata. Nessa alternativa a teoria de transferência de calor é associada a experimentos de laboratório, resultando em programas computacionais que podem ser usados como ferramenta de análise e projeto. Por esses motivos que se torna importante estudar a transferência de calor em edificações, reduzindo o dispêndio de energia elétrica em ambientes climatizados e melhorando o conforto térmico de ambientes não climatizados. Também é importante salientar que o estudo em questão pode ser utilizado para racionalizar o consumo de energia para construções não habitáveis, como por exemplo, câmaras frias, ou estruturas de armazenamento de grãos, como silos e armazéns, que necessitam que a temperatura do ambiente interno seja controlada. Outro fator para corroborar a necessidade destes estudos térmicos é que na literatura há disponível para consulta os valores de parâmetros térmicos de diversos materiais, inclusive de materiais de construção, porém esses são valores globais; conforme a região (composição físico-química dos materiais disponíveis) esses valores tendem a apresentar diferenças com relação aos dados tabelados. Desta forma é relevante o conhecimento dos parâmetros térmicos dos materiais de uma determinada região.. PROPÓSITOS, MÉTODO E RESULTADOS.. Propósitos O propósito deste trabalho é determinação da condutividade térmica de diferentes materiais utilizados na construção civil; para isso primeiramente foi construído em laboratório cubos com dimensões de cm x cm x cm, dos seguintes materiais: a) Argamassa de Revestimento (Figura ), traço: ::5 (cimento, cal e areia); b) Argamassa de Assentamento (Figura ), traço: ::6 (cimento, cal e areia);

2 Determinação da Condutividade Térmica de Diferentes Materiais de Paredes Através do Método do Regime Regular Sandra Cristina Telles Senger, Luciano Pivoto Specht, Oleg Khatchatorian. c) Tijolo cerâmico maciço (Figura ), cuja composição é argila. Figura -Argamassa de Revestimento Figura - Argamassa de Assentamento Figura - Tijolo Maciço Os cubos foram perfurados com para que fosse colocado em seu centro um termopar que possibilitou observar o comportamento da temperatura em cada objeto em estudo. O termômetro utilizado para o estudo é digital externo da categoria atmosférica (Figura ) e possui as especificações contidas na Tabela, o termômetro foi calibrado tendo como referência um termômetro padronizado do Laboratório de Medidas Físicas para Modelagem Matemática da UNIJUÍ. Alimentação duas pilhas AG Marca Font: Incoterm (9). Incotem Para o estudo e observação do aquecimento dos materiais os mesmos foram colocados em uma câmara fria até atingir uma temperatura uniforme de -5 o C, após foram colocados em uma estufa aquecida com temperatura de 55 o C. Repetiu-se o experimento três vezes com cada material a fim de observar o aquecimento de cada tipo de material em estudo. Para o estudo e observação do resfriamento dos materiais os mesmos foram aquecidos em estufa até a temperatura de uniforme de 55 o C e após resfriados em câmara de resfriamento com ventilação de velocidade de 9m/s até entrar em equilíbrio com a temperatura do ambiente. Repetiu-se também várias vezes o experimento com cada tipo de material... Método do Regime Regular (M.R.R.) Para encontrar os valores dos coeficientes de condutividade térmica foi aplicado o Método do Regime Regular (Luikov e Mikhailov, 96, []). As curvas de dinâmica de aquecimento/resfriamento foram apresentadas em coordenadas semilogarítmicas, (Figura 5) e (Figura 6).,5, Série por. Méd. Móv. Figura 5- Curva dinâmica de aquecimento Figura - Termômetro utilizado Tabela -Especificações do Termômetro Utilizado Escala de temperatura -5ºC a + 7ºC Precisão ±ºC Resolução ºC Dimensões 6 X 6,6 X 5 mm Comprimento do cabo,5 m ln (T),5, 6 8 Série Figura 6- Curva dinâmica de resfriamento por. Méd. Móv. (Série)

3 A tangente do ângulo de inclinação m do trecho reto destas curvas determina uma taxa de aquecimento/resfriamento, (Figura 7) e (Figura 8). K= α.cp.p () Onde: α=coeficiente de difusibilidade térmica (m /s) Cp = calor específico do material (J/kg. K) p = massa específica (g/cm ) Série Linear (Série).. Resultados ln (T),5, Figura 7- Tangente do ângulo de inclinação/aquecimento Série,5 Linear (Série), 6 8 Figura 8- Tangente do ângulo de inclinação/resfriamento Neste estudo foram utilizados cubos com lados de medidas m (l= m), e com as seguintes massas específicas: Argamassa de assentamento =,89g/cm ; Argamassa de Reboco =,87g/cm ; Tijolo =,55g/cm ; Aplicado o primeiro teorema de Kondratev (Luikov e Mikhailov, 96) determinou-se o valor médio dos coeficientes de aquecimento e de resfriamento K= 5; Para o cálculo da difusibilidade térmica de cada material as curvas de dinâmica de aquecimento foram analisadas em coordenadas semilogarítmicas, (figura 9), (figura ) e (figura ).,5, Série por. Méd. Móv. Aplicando o primeiro teorema de Kondratev (Luikov e Mikhailov, 96) podemos determinarr os valores médios dos coeficientes de aquecimento/resfriamento através da equação: α=-k m () Fig. 9. Aquecimento da Argamassa de Assentamento. Onde : Fig.. Aquecimento da Argamassa de Reboco. () é coeficiente de forma para paralelogramo com lados com dimensões em m ; m é taxa de aquecimento/resfriamento. Após o cálculo dos coeficientes de aquecimento/resfriamento, pode-se calcular a condutividade térmica (K), através da equação:

4 Determinação da Condutividade Térmica de Diferentes Materiais de Paredes Através do Método do Regime Regular Sandra Cristina Telles Senger, Luciano Pivoto Specht, Oleg Khatchatorian. Fig.. Aquecimento da Tijolo. Analisando a reta tangente do ângulo de inclinação m destas curvas de aquecimento temos (figura ), (figura ) e (figura ):,5,, Fig.. Fig.. Fig.. y = x +,96 Argamassa de Assentamento. Argamassa de Reboco. Tijolo. por. Méd. Móv. () 5 5 5,5 y = x +,5 Série Linear (Série) 5 5 5,5 y = x +,56 Linear () Linear () Diante dos gráficos analisados pelo Método do Regime Regular e depois de calculado as condutividades térmicas de cada material pela equação obtemos os resultados apresentados na Tabela, os quais são comparados com valores retirados da literatura obtidos em Dewitt & Incropera () [5]. Tabela -Condutividade Térmica dos Materiais k (W/m.k) Materiais Argamassa de Assentamento Argamassa Reboco de Condutividade Térmica Calculada pelo M. R. R.,9,7,,7 Tijolo Maciço,,7 Condutividade Térmica Adaptada da Literatura k. CONCLUSÃO Conclui-se que através desse estudo obtiveram-se bons resultados que serão muito úteis na engenharia sob a óptica térmica e que se pode melhorar ainda mais os resultados a fim de que se possa construir moradias mais confortáveis e com baixo custo de investimentos, também se pode empregar o método no estudo das propriedades térmicas de outros de outros materiais a fim de reduzir os gastos tanto no ato da construção como na utilização de construções. AGRADECIMENTOS A CAPES pela bolsa de estudos. REFERÊNCIAS [] SANTIN, O. G.; ITARD, L.; VISSCHER, H. The Effect of Occupancy and Building Characteristics on Energy Use for Space and Water Heating in Dutch Residential Stock. Energy and Buildings, v., n., p. -, 9. [] GASPARINI, R.R. Modelagem da transferência de calor combinada por condução e radiação em isolantes térmicos de edificações. 5. p. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica) Pontifícia Universidade Católica do Paraná, Curitiba, 5. [] LUIKOV, A. V., Heat and mass transfer capillaryporous bodies, Pergamon, New York, 966. [] LUIKOV, A. V., and MIKHAILOV, Y.A., Theory of heat and mass transfer, Moscow, Energoizdat 96. [5] DEWITT, D.P.; INCROPERA, F.P. Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa. 5ª Edição. Rio de Janeiro: Editora LTC Livros Técnicos e Científicos,. 698 p. [6] RUPP, R. F. Análise da Transferência de Calor em Paredes Compostas por Tijolos Maciços f. Trabalho de Conclusão de Curso (Curso de Engenharia

5 Civil) Universidade Regional do Noroeste do Estado do Rio Grande do Sul, 9. [7] LAMBERTS, R.; DUTRA, L.; PEREIRA, F. O. R. Eficiência Energética na Arquitetura. São Paulo: PW, p. 5