A INFLUÊNCIA DO TEOR DE HUMIDADE NA CONDUTIBILIDADE TÉRMICA DE ARGAMASSAS

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1 A INFLUÊNCIA DO TEOR DE HUMIDADE NA CONDUTIBILIDADE TÉRMICA DE ARGAMASSAS António Soares 1 *, Inês Flores-Colen 2, Maria da Glória Gomes 3 e Jorge de Brito 4 1, 2, 3, 4: Instituto Superior Técnico, Universidade de Lisboa ortiz.soares@gmail.com; ines.flores.colen@utl.pt; mgloria@civil.ist.utl.pt; jb@civil.ist.utl.pt Palavras-chave: Argamassas de revestimento, desempenho térmico, teor de humidade. Resumo. Com o intuito de reduzir os consumos energéticos e melhorar o conforto térmico dos edifícios, tem aumentado a aplicação de sistemas de isolamento térmico pelo exterior, o que tem levado à produção de novas argamassas com desempenho térmico melhorado. De acordo com a norma europeia EN 998-1, as argamassas térmicas devem apresentar um coeficiente de condutibilidade térmica inferior a 0,2 W/m.K, calculado de acordo com o Quadro A.12 da norma EN No entanto, este valor tem em conta uma temperatura média de 10º C e o estado seco das argamassas que é definido como o estado após secagem sob condições convencionais definidas nas normas de produtos aplicáveis. Como a cura seca de argamassas é realizada numa câmara com 20º C ± 2º C e 65% ± 5% de humidade relativa do ar, o teor de humidade a considerar para o estado seco de uma argamassa não é de fácil interpretação. Assim, é importante estudar o efeito das condições ambientais na condutibilidade térmica das argamassas de revestimento e perceber a influência do teor de humidade da argamassa no ensaio de condutibilidade térmica. Para analisar o efeito da humidade na condutibilidade térmica das argamassas, foram produzidas argamassas com diferentes desempenhos térmicos, com coeficientes de condutibilidade térmica no estado seco entre 0,1 e 1,5 W/m.K. As condutibilidades térmicas das argamassas em estudo foram medidas experimentalmente para diferentes teores de humidade, entre o estado seco e saturado. Com este estudo, é possível compreender a forte influência do teor de humidade no comportamento térmico das argamassas de revestimento, verificando-se a importância de manter as argamassas com teores de humidade baixos para que possam cumprir a sua função de melhoria do isolamento térmico.

2 1. INTRODUÇÃO A condutibilidade térmica pode ser definida como a quantidade de calor que atravessa uma espessura unitária de um material, quando entre duas faces planas e paralelas se estabelece uma diferença unitária de temperatura [1]. Esta é uma propriedade que caracteriza os materiais ou produtos termicamente homogéneos, dependendo a nível macroscópico da idade, temperatura e humidade [2]. De acordo com a norma NP EN 1745 [3], o valor da condutibilidade térmica deve ser apresentado no estado seco (i.e.: estado após secagem sob condições convencionais definidas nas normas de produto aplicáveis), a uma temperatura média de 10ºC (λ10,seco), não referindo no entanto o exacto teor de humidade a considerar para o ensaio. Esta norma remete o cálculo da conversão dos valores de condutibilidade térmica em função do teor de humidade para a norma EN ISO [4] com a utilização, no caso das argamassas, das seguintes expressões: λλ 2 = λλ 1 FF mm (1) FF mm = ee ff ΨΨ (ΨΨ 2 ΨΨ 1 ) (2) Onde: λλ 2 - condutibilidade térmica para as segundas condições de ensaios [W/m.K]; λλ 1 - condutibilidade térmica para as primeiras condições de ensaios [W/m.K]; ff ΨΨ - coeficiente de conversão do teor de humidade [m 3 /m 3 ]; ΨΨ 2 - teor de humidade para as segundas condições de ensaio [m 3 /m 3 ]; ΨΨ 1 - teor de humidade para as primeiras condições de ensaio [m 3 /m 3 ]. Deste modo, o valor da condutibilidade térmica depende do teor de humidade segundo uma função exponencial. No entanto, de acordo com outros autores podem-se observar diferentes tendências na relação entre a condutibilidade térmica e o teor de humidade como Jerman e Černý [5] que observaram uma tendência polinomial quando estudaram este efeito em EPS (Figura 1) e Jespersen [6], citado por [7], que observou diferentes tendências ao variar o material estudado (Figura 2). Figura 1. Condutibilidade térmica de EPS em função do teor de humidade (adaptado de [5]). 2

3 Figura 2. Condutibilidade térmica de diferentes materiais em função do teor de humidade (adaptado de [6], citado por [7]). De acordo com a EN ISO [4], para argamassas de revestimento, o coeficiente de conversão do teor de humidade toma o valor ff ΨΨ = 4, para teores de humidade entre 0 e 0,25 m 3 /m 3. Tendo em conta o ITE 50 [1], os valores de base são referenciados a uma temperatura média de realização de ensaio de 10ºC, e a um teor de humidade resultante do equilíbrio em ambiente com 23 ºC de temperatura e 50% de humidade relativa, que de acordo com a EN ISO [4] corresponde a um teor de humidade de 0,04 m 3 /m 3 para argamassas de revestimento. Ao se verificar diferentes tendências no valor da condutibilidade térmica em função do teor de humidade do material a ensaiar, considera-se importante uma abordagem a esta temática e discutir a importância de referenciar o valor de teor de humidade utilizado em cada ensaio de condutibilidade térmica, para cada material ensaiado. 2. CAMPANHA EXPERIMENTAL Para estudar a influência do teor de humidade na condutibilidade térmica de uma gama alargada de argamassas, foram selecionadas 5 argamassas com condutibilidades térmicas entre 0,10 e 1,50 W/m.K. Na Tabela 1, são apresentadas as principais propriedades das argamassas estudadas e os valores da condutibilidade térmica para o estado seco (em estufa a 60 ºC até massa constante) e saturado. Tabela 1. Composição das argamassas estudadas e condutibilidades térmicas nos estados seco e saturado. Distribuição volumétrica [%] λseco [W/m.K] λsaturado [W/m.K] / Ψsaturado Designação Cimento Areia Granulado de Argila expandida (Ψ=0,00 [m 3 /m 3 ]) [m 3 /m 3 ] 32,5 siliciosa cortiça (GC) (AE) Tradicional ,33 2,56 / 0,17 GC ,81 1,81 / 0,21 AE ,91 1,86 / 0,19 AE ,49 1,05 / 0,19 AE ,17 0,38 / 0,20 Legenda: GC - granulado de cortiça; AE - argila expandida; λ - condutibilidade térmica; Ψ - teor de humidade volumétrico 3

4 Os ensaios de condutibilidade térmica foram realizados com o equipamento ISOMET2114 (Figura 3) com uma sonda de superfície a uma temperatura de ensaio entre 20 e 26 ºC. A medição da condutibilidade térmica com este equipamento é realizada através da análise da temperatura de resposta do material a impulsos térmicos [5]. Não sendo objectivo do presente estudo avaliar a temperatura de ensaio, não foi realizada a conversão dos valores para uma temperatura de ensaio a 10 ºC. Figura 3. Ensaio de medição da condutibilidade térmica com o equipamento ISOMET2114. O teor de humidade em volume presente nos provetes foi determinado através da obtenção do teor de humidade em massa pelo método gravimétrico, ajustando-se posteriormente para teor de humidade em volume com a massa volúmica da água e massa volúmica do provete. Para se poder comparar o efeito do teor de humidade na condutibilidade térmica nas diferentes argamassas, os valores de condutibilidade foram uniformizados em relação ao valor obtido no estado seco (em estufa até massa constante) através da expressão (3). λλ ii = Onde: λλ ii - valor da condutibilidade térmica uniformizado [(W/m.K) / (W/m.K)]; λλ - valor da condutibilidade térmica determinado [W/m.K]; λλ ssssssss - valor da condutibilidade térmica no estado seco [W/m.K]. 3. ANÁLISE DOS RESULTADOS λλ (3) λλ ssssssss Ao comparar os valores uniformizados da condutibilidade térmica, observou-se que a humidade influenciou de igual modo, em termos relativos, as diferentes argamassas estudadas, conseguindo-se obter uma regressão geral que fosse representativa do conjunto das várias argamassas, como se pode observar nas Figuras 4 e 5 e Tabelas 2 e 3 para aproximações através de tendências exponenciais e polinomiais, respectivamente. Ao ter em conta a função exponencial presente na norma EN ISO [4] para estimar a condutibilidade térmica em função do teor de humidade, foram realizadas linhas de tendência exponenciais para representar o conjunto de resultados (Figura 4 e Tabela 2). Estas linhas de tendência, apesar de apresentarem coeficientes de correlação elevados, visualmente não parecem seguir a tendência dos resultados. Assim, foram tidas em consideração diferentes aproximações utilizadas por outros autores como Jerman & Černý [5] que recorreram a uma tendência polinomial para aproximar os valores de condutibilidade térmica em função do teor de humidade para poliestireno expandido. Como se pode observar na Figura 5 e Tabela 3, foram obtidas tendências visualmente mais aproximadas dos valores obtidos e com melhores coeficientes de correlação, indicando que esta pode ser uma boa forma de estimar a condutibilidade térmica em função do teor de humidade para as argamassas estudadas. 4

5 Figura 4. Valores uniformizados de condutibilidade térmica em função do teor de humidade com aproximações exponenciais. Tabela 2. Tendências exponenciais dos valores uniformizados de condutibilidade térmica em função do teor de humidade com aproximações exponenciais. Argamassa Relação Coeficiente de correlação Tudo λλ ii = ee 4,3107 ΨΨ RR 2 = 0,85 Tradicional λλ ii = ee 3,6923 ΨΨ RR 2 = 0,66 GC λλ ii = ee 4,4527 ΨΨ RR 2 = 0,84 AE1 λλ ii = ee 4,2672 ΨΨ RR 2 = 0,87 AE2 λλ ii = ee 4,6227 ΨΨ RR 2 = 0,89 AE3 λλ ii = ee 4,4053 ΨΨ RR 2 = 0,91 Figura 5. Valores uniformizados de condutibilidade térmica em função do teor de humidade com aproximações polinomiais. 5

6 Tabela 3. Tendências exponenciais dos valores uniformizados de condutibilidade térmica em função do teor de humidade com aproximações polinomiais. Argamassa Relação Coeficiente de correlação Tudo λλ ii = 8,7966 ΨΨ 2 + 7,3871 ΨΨ + 1,0179 RR 2 = 0,95 Tradicional λλ ii = 2,5018 ΨΨ 2 + 4,5910 ΨΨ + 1,0558 RR 2 = 0,86 GC λλ ii = 18,280 ΨΨ 2 + 8,0870 ΨΨ + 1,0142 RR 2 = 0,99 AE1 λλ ii = 19,451 ΨΨ 2 + 9,1959 ΨΨ + 0,9937 RR 2 = 0,99 AE2 λλ ii = 18,2370 ΨΨ 2 + 9,5333 ΨΨ + 0,992 RR 2 = 0,99 AE3 λλ ii = 10,7330 ΨΨ 2 + 8,087 ΨΨ + 1,0142 RR 2 = 0,99 Para avaliar o método de cálculo proposto pela norma EN ISO [4] para estimar a condutibilidade térmica de argamassas em função do teor de humidade, procedeu-se à comparação directa entre os valores medidos e os calculados (Figura 6), obtendo-se uma boa correlação com a linha de tendência próxima da recta y=x e um coeficiente de correlação elevado (R 2 = 0,97). Figura 6. Comparação entre valores de condutibilidade térmica medidos e calculados pela expressão da norma. Apesar da boa aproximação observada na Figura 6, à excepção da argamassa tradicional que apresentou alguns valores afastados da restante tendência, a maior diferença encontrada entre o valor de ensaio e o valor calculado com base na norma EN ISO [4] através das equações (1) e (2) foi de 0,25 W/m.K (19%) para a argamassa GC com um teor de humidade de 0,07 m 3 /m 3, o que é uma variação elevada em relação ao valor medido, tendo em conta o baixo teor de humidade. Verificou-se também que ao fim dos 28 dias em câmara de ambiente controlado (65 % ± 5% HR e 20 ºC ± 2 ºC) os provetes apresentavam diferentes teores de humidade, variando entre 0,001 e 0,015 m 3 /m 3. Deste modo, verifica-se que a importância de associar o valor exacto do teor de humidade da amostra aos valores obtidos no ensaio de condutibilidade térmica. 4. CONCLUSÕES Com o estudo desenvolvido, verificou-se que a expressão proposta pelos documentos normativos utilizados para estimar a condutibilidade térmica de argamassas, em função do teor de humidade, pode conduzir a variações até 19% do valor medido. Observou-se também que a aproximação exponencial não foi a que melhor representou a variação da condutibilidade térmica das argamassas em estudo 6

7 com o teor de humidade, verificando-se uma melhor aproximação com funções polinomiais de segundo grau. Foi também possível identificar e elevada importância de referenciar o valor exacto do teor de humidade associado a cada medição da condutibilidade térmica e a necessidade de estudar a condutibilidade térmica para vários teores de humidade de modo a avaliar o desempenho in-situ para diferentes condições ambiente. Com as variações do teor de humidade identificadas nos provetes após estabilização em câmara de ambiente controlado (65 % ± 5% HR e 20 ºC ± 2 ºC), verifica-se a importância de secar os provetes em estufa até massa constante, para que todos os ensaios sejam realizados em provetes com o mesmo teor de humidade. 5. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao ICIST e à FCT o financiamento do projecto de investigação NANORENDER - PTDC/ECM/118262/2010 e da bolsa de doutoramento SFRH/BD/97182/2013. Os autores também agradecem ao Eng.º Tiago Barroqueiro pelo apoio na realização dos ensaios laboratoriais. REFERÊNCIAS [1] C. Pina dos Santos e L. Matias, Coeficientes de transmissão térmica de elementos da envolvente dos edifícios, ICT informação técnica, Edifícios, ITE 50, LNEC, Versão actualizada 2006, 40 p. [2] F. Domínguez-Muñoz, B. Anderson, J. Cejudo-López e A. Carrillo-Andrés, Uncertainty in the termal conductivity of insulation materials, Energy and Buildings, vol. 42, pp , [3] NP EN 1745, Alvenarias e elementos de alvenaria - Métodos para determinação de valores térmicos de cálculo, IPQ, [4] EN ISO 10456, Building materials and products - Procedures for determining declared and design thermal values, CEN, [5] M. Jerman e R. Černý, Effect of moisture content on heat and moisture transport and storage properties of thermal insulation materials, Energy and Buildings, vol. 53, pp , [6] H. Jespersen, Thermal conductivity of moist materials and its measurement, Journal of the Institute of Heating and Ventilation Engineering, vol. 21, pp , [7] J. Clarke e P. Yaneske, A rational approach to the harmonisation of the thermal properties of building materials, Building and Environment, vol. 44, pp ,