COMPARATIVO ENTRE ISOLANTES TÉRMICOS PARA COBERTURAS DO TIPO MANTA DE ALUMÍNIO E TELHADO VERDE (GREENROOF)

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1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL ESCOLA DE ENGENHARIA DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA COMPARATIVO ENTRE ISOLANTES TÉRMICOS PARA COBERTURAS DO TIPO MANTA DE ALUMÍNIO E TELHADO VERDE (GREENROOF) por Alexandre Leal Camilo Ricardo Tonial Daniel Bombassaro Fernando Xavier Trabalho Final da Disciplina de Medições Térmicas Porto Alegre, 24 de junho de 2008.

2 ii Comparativo entre isolantes térmicos para coberturas do tipo manta de alumínio e telhado verde (greenroof) RESUMO O presente trabalho tem o objetivo de comparar a eficiência do isolamento térmico gerado pelo uso de isolantes térmicos para coberturas do tipo manta de alumínio e cobertura verde (GreenRoof) em edificações. Tal comparação é feita em termos do aquecimento do ar interior de uma caixa em forma de cubo quando esta é submetida a uma fonte de radiação incidente em sua face superior. Para a medição da temperatura do ar no interior da caixa é utilizado um termistor do tipo NTC de 10K-ohms. A aquisição dos dados é realizada através do sistema de aquisição HP34970A Multiplex e um software adequado. Após a realização da análise verifica-se que ambos os tipos de isolamentos fornecem resultados semelhantes e não conclusivos. Indicando que tal análise de comparação não fornece resultados satisfatórios em laboratório. PALAVRAS-CHAVES: isolantes, temperatura, Telhado Verde, GreenRoof, manta de alumínio, radiação. ABSTRACT The present paper aims at evaluating the efficiency of thermal insulation by the use of thermal insulation shields using aluminum and green coverage (GreenRoof) in buildings. This comparison is made in terms of heating the air inside a box in the shape of a cube when it is exposed to a source of radiation incident on its upper surface. To measure the air temperature inside the box is used a NTC sensor. The data acquisition is achieved through by using an HP34970A Multiplex system and appropriate software. After the analysis it appears that both types of insulation provide similar results and not conclusive analysis. Indicating that such a comparison does not provide a satisfactory result in laboratory. KEY-WORDS: insulation, GreenRoof, aluminun insulation, temperature, radiation.

3 iii SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA CONSTRUÇÃO DO EXPERIMENTO RESULTADOS EXPERIMENTAIS CONCLUSÕES REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS... 12

4 4 1. INTRODUÇÃO O isolamento térmico de coberturas em muitos casos constitui um fator de grande importância para a redução da carga térmica em edificações. A utilização de isolamentos em coberturas torna-se um fator importante a ser considerado. Existem atualmente no mercado diversos sistemas isolantes para coberturas de edificações onde entende-se por cobertura os diversos tipos de telhados e lajes presentes em edificações. Neste trabalho é feita uma comparação em laboratório entre o comportamento térmico de um isolante do tipo manta de alumínio e outro do tipo Telhado-Verde aplicados a uma caixa em forma de cubo irradiada em sua cobertura por uma fonte de radiação proveniente de uma estufa caseira. A utilização de uma cobertura vegetal do tipo telhado verde (GreenRoof) pode constituir uma boa alternativa para se atingir tal objetivo, além de ser uma alternativa ecológica aumentando os espaços verdes em grandes cidades. A utilização de mantas de alumínio já é bastante conhecida e apresenta alta eficiência diminuindo grandemente a carga térmica em edificações. 2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA Cobertura verde, ajardinada, telhados vivos ou ecológicos é toda a estrutura de telhado ou cobertura que agrega em sua composição, uma cama de solo e outra de vegetação, uma vez que seu sistema construtivo se aplica a uma técnica de aplicação de camadas (Peck, 1999). Em estudo de aplicação de plantas para telhados vivos em cidades de clima tropical, Laar (2001) analisou algumas espécies de plantas e identificou Portulaca grandiflora, Tradescantia pallida, Asparagus desiflorus e Senico confusus dentre aquelas que apresentam melhores condições de adequação. A Figura 1, abaixo, exemplifica o uso de coberturas verdes em construções.

5 5 Figura 1 - Exemplo de utilização de coberturas vegetadas (Fonte: em 01/07/2008) A cobertura vegetada é normalmente constituída por três camadas, uma membrana antiraíz, um substrato e a vegetação. Em alguns casos se faz necessário a impermeabilização com manta asfáltica (fonte A membrana utilizada é constituída por um filme de material polimérico que evita a proliferação das raízes. O substrato serve para fixar a vegetação e reter água. A Figura 2 abaixo exemplifica sua montagem. Figura 2 - Exemplo de montagem. Mantas de alumínio são constituídas em sua face não exposta por poliéster ou filme de polietileno de alta densidade coberta por um filme de alumínio de alta capacidade de reflexão em sua face exposta, (fonte Abaixo, na Figura 3, um exemplo de uma manta isolante térmica com película de alumínio.

6 6 Figura 3 - Exemplo de manta com filme de alumínio Radiação térmica é a radiação de natureza eletromagnética emitida por um corpo. Todo corpo que não esteja a uma temperatura igual ao zero absoluto emitirá radiação térmica. Um corpo também recebe este tipo de radiação do meio que o cerca. Para um corpo que possua temperatura diferente do meio, ele irá perder mais energia do que recebe se possuir maior temperatura que o meio ou, ao contrário, receberá mais energia se tiver menor temperatura. Isto ocorrerá até que seja atingido um estado chamado de equilíbrio térmico. Neste estado, as taxas de emissão e absorção de energia são iguais (Incropera e dewitt, 2003). 3. CONTRUÇÃO DO EXPERIMENTO Foi construída uma caixa em forma de cubo de 0,6m de lado feita a partir de chapas em MDF de 6mm de espessura com a finalidade de confinar ar em um volume definido como mostra a Figura 4 abaixo.

7 7 Figura 4 - Caixa em MDF Um termistor do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient) com uma resistência de 10K-ohms a 25ºC, podendo operar em uma faixa de -50 a 120ºC com exatidão da medida de 0,3ºC foi inserido na caixa com a finalidade de se fazer as medidas de temperatura do ar no seu interior. Tal termistor apresenta um comportamento bastante não linear, diminuindo sua resistência com o aumento da temperatura Seu comportamento não linear pode ser representado pela Equação 1, abaixo:, (1) onde R é a resistência em Ohms, T a temperatura em ºC, A e B são constantes. Na Figura 5, pode-se ver o termistor utilizado.

8 8 Figura 5 - Termistor NTC utilizado no experimento A calibração do termistor foi realizada utilizando-se um termômetro de bulbo em vidro como referência com precisão de 0,1ºC. Para tanto, o termistor e o termômetro em vidro foram colocados em um banho de água com temperatura controlada e variou-se a temperatura do mesmo. O termistor NTC foi então ligado a um aquisitor de dados HP34970A Multiplex e juntamente com o software Agilent BenchLink Data Logger medidas de temperatura da água no banho foram coletadas. As medidas coletadas pelo aquisitor de dados e visualizadas no termômetro em vidro podem ser vistas na Tabela 1, abaixo: Tabela 1 dados da calibração Temperatura lida no Termômetro de Bulbo [ºC] Temperatura lida no HP34970A [ºC] Foi realizado, então, um ajuste dos dados utilizando-se o software Curvefit gerando-se uma reta de ajuste, como vista na Equação 2, abaixo:

9 9 (2) Onde, y representa a temperatura corrigida em ºC e x a temperatura lida no aquisitor de dados em ºC. Aplicou-se o isolante do tipo manta de alumínio e do tipo cobertura verde na face superior da caixa separadamente e está foi irradiada por uma fonte de radiação proveniente de uma estufa caseira com duas resistências de 600W cada. A manta de alumínio utilizada tinha as seguintes propriedade e características: Tipo de colagem: Maçarico ou ligante Espessura: 3mm Absorção máxima de água: 3% Refletância: 95% A cobertura verde foi aproximada utilizando-se leivas de grama do tipo esmeralda e filme de polietileno de baixa densidade pois a cobertura verde comercial possui maior espessura o que poderia dificultar as medições de temperatura devido a sua inércia térmica. As temperaturas foram medidas para um intervalo de tempo de 60 minutos com a estufa ligada e mais 30 minutos com a estufa desligada. Podemos ver a montagem do experimento nas Figura 6 e 7, respectivamente:

10 10 Figura 6 - Experimento com manta de alumínio Figura 7 - Experimento com cobertura verde

11 11 4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS As medidas de temperatura ao longo de um intervalo de tempo de 60 minutos podem ser visualizadas na Tabela 2 para os dois casos: Tempo [min.] Tabela 2 - Medidas de temperatura do ar no interior da caixa Temp. no interior da caixa [ C], manta de alumínio Temp. no interior da caixa [ C], cobertura verde Diferença de temperatura entre os experimentos [ C]

12 12 Os resultados para a variação da temperatura ao longo do tempo podem ser vistos no Gráfico1 abaixo: Estufa é desligada em 60 minutos. Temp. interior da caixa [ C], manta aluminio Temp. interior da caixa [ C], cobertura verde Gráfico 1 - Evolução da temperatura ao longo do tempo Do gráfico acima notamos uma diminuição da temperatura do ar no interior da caixa no intervalo de 0 a 15 minutos aproximadamente para o caso do experimento com a cobertura verde, efeito provavelmente ocasionado devido à evaporação da água presente nas leivas de grama usadas como isolante. Após esse período de tempo a temperatura medida aumenta até o tempo de 40 minutos, onde a partir de então volta a decrescer. Tal queda de temperatura deveu-se a uma grande variação da temperatura do ar no interior da sala (de 22,5 C para 16 C). Deve-se observar que no tempo de 60 minutos a estufa é desligada fazendo com que a temperatura do ar medida no interior da caixa diminua.

13 13 5. CONCLUSÃO Houve uma significativa variação da temperatura no interior da sala durante a realização do experimento com a cobertura vegetal como isolamento. Do gráfico acima nota-se que a variação de temperatura total para ambos os casos não foi significativa, aproximadamente 1,5 C. Não foi possível a obtenção de medidas confiáveis devido ao fato de que a temperatura do ar no interior do laboratório onde o experimento foi realizado não ter permanecido aproximadamente constante. O experimento poderia ser melhorado isolando-se termicamente as laterais da caixa a fim de se reduzir as perdas por convecção e provavelmente se atingir temperaturas mais elevadas em seu interior. Melhor ainda, seria a confecção de modelos maiores e testados sob condições reais por um longo período de tempo. 6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS Incropera, F. P., Dewitt, Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa, 5ª Edição, em 22/06/ em 22/06/2008.