8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007

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1 8º CONGRESSO IBEROAMERICANO DE ENGENHARIA MECANICA Cusco, 23 a 25 de Outubro de 2007 GRADIENTE DE TEMPERATURA EM UM COMPÓSITO DE FIBRA DO COCO- LÁTEX Elmo Thiago Lins Couras Ford LMF/UFRN/NTI/Brasil elmocouras@hotmail.com José Ubiragi de Lima Mendes LMF/UFRN/NTI/Brasil - ubiragi@ct.ufrn.br Luiz Guilherme Meira de Souza LMH/ UFRN/NTI/Brasil lguilherme@dem.ufrn.br Cláudio Mário Nascimento - CEFET-BA/Brasil claudiomario@cefetba.br Reginaldo Dias dos Santos LMH/NTI/UFRN/Brasil reginaldodias@yahoo.com.br Área temática: Energia RESUMO Dada a indiscutível necessidade de preservação ambiental, as fibras naturais têm sido vistas como uma salutar alternativa para fabricação de compósitos em substituição às fibras sintéticas, vítreas e metálicas. Neste trabalho, analisou-se o comportamento de um compósito feito com fibra da casca do coco como reforço e látex como matriz, quando submetido a uma fonte de calor. Verificaram-se os perfis de temperatura nas superfícies interna e externa do compósito assim como o gradiente de temperatura no mesmo. Analisou-se também o comportamento deste compósito quando submetido a uma fonte fria. Como conseqüência, em função das respostas do sistema, conclusões foram tiradas. Palavras Chave: Fibra natural, Compósito, Temperatura, Látex, Gradiente. 869

2 1. INTRODUÇÃO A grande maioria das aplicações de isolamento térmico em sistemas domésticos, comerciais e industriais na faixa de baixa e média temperatura (até 110ºC), é feita principalmente utilizando-se materiais agressivos à natureza tais como: lã de vidro, lã de rocha, poliuretano, poliestireno entre outros. Tais materiais, apesar da eficácia na retenção do fluxo de energia térmica, além de terem custo considerado, quando descartados demoram anos para serem absorvidos pela natureza. Daí, tentando adequar-se a uma política mundial acerca da preservação do meio ambiente, iniciou-se um estudo com o intuito de se criar um isolante térmico composto de materiais naturais e que sejam mais acessíveis à biodegradação. Para isto, escolheu-se como principal fonte de matéria prima o coco ( cocus nucifera linn), um fruto abundante no Nordeste brasileiro, cujo revestimento (exocarpo) é rico em fibras naturais e quando descartado pouco aproveitado, induzindo um baixo custo e baixo valor agregado., onde optou-se por usar estas fibras como reforço do compósito a ser utilizado como isolante térmico. 2. METODOLOGIA 2.1. Material utilizado Como material para análise, a fibra do coco foi usada (cocus nucifera linn) no estado seco, natural, do distrito municipal de São José de Mipibú-RN/Brasil. As fibras tiveram o diâmetro e o comprimento que oscilavam entre 0.3 a 0.6 milímetros e 150 a 230 milímetros, respectivamente. A retirada das fibras da casca e sua limpeza foram feitos manualmente (Mendes ). Como aglomerante a ser usado para a formação do compósito, um material natural também foi utilizado que foi o látex, natural do estado do acre - Brasil. Posteriorrmente, as fibras foram entrelaçadas dando forma a uma manta onde o latex foi inserido para a formação do compósito isolante térmico. As figuras 2.1, 2.2 e 2.3 mostram os aspectos da seção transversal da fibra e do compósito térmico, respectivamente Figura 2.1. Figura 2.2 Figura Seção transversal da fibra do coco ( microscopia ótica 500x) e Figura Compósito (microscopia eletronica 76x). 1- Vazio central. 2-Latex. 3-Fibra.

3 Figura 2.3. Compósito Isolante Térmico Resistência ao fluxo de calor em sistemas quentes A grande variação de temperatura através da massa do material caracteriza o gradiente de temperatura deste material, o qual está associado com a resistência deste material ao fluxo de calor. Para análises desta propriedade uma fonte de calor foi utilizada em um pino circular de aço carbono 1020 com 20 mm de diâmetro, 120 mm de comprimento e uma fonte de potência de 110 watts. Envolvendo o pino circular aquecido foi colocado o compósito térmico de fibra e látex de 20 mm de espessura. Inseriu-se três termopares de cobre-constantan (tipo T) no compósito sendo um localizado na interface compósito pino circular, outro a 10 mm de distância da superfície do pino e outro na superfície externa do compósito. Os termopares foram conectados a uma placa de aquisição de dados de 16 canais que estava conectada a um computador através do qual as curvas de temperatura x tempo foram traçadas. O experimento foi efetivado de acordo com a norma ASTM C Resistência ao fluxo de calor em sistemas frios O comportamento do compósito isolante térmico natural em sistemas frios foi analisado em um túnel de vento com 140 cm de comprimento, seção transversal de entrada de 50 cm x 25 cm e seção de teste de 25 cm x 25 cm. Os experimentos foram conduzidos colocando-se no interior do túnel cápsulas de alumínio com diâmetro externo de 28,5 mm, diâmetro externo de 22,5 mm e altura de 82,5 mm, com volume interno de 26,8 cm 3, onde no interior do qual existia um bloco de gelo cuja temperatura foi monitorada por termopares tipo T inseridos através de um orifício na tampa da cápsula. Os termopares foram conectados a uma placa de aquisição de dados com dezesseis canais, a qual estava conectada a um computador. As cápsulas de alumínio foram submetidas a um fluxo de ar com velocidade de 1,5 m/s medidas através de um anemômetro de fio quente, sendo que uma cápsula estava sem isolamento (padrão) e outra estava envolvida com uma camada de 10 mm do compósito isolante natural. As figuras 2.4 e 2.5 mostram detalhes do sistema utilizado.

4 Figure 2.4 Cápsulas de alumínio: a - cápsula padrão, b - cápsula com compósito. Figure 2.5. Túnel de vento: - cápsulas com gelo, b - ventilador, c seção de teste. 3. RESULTADOS E DISCUSSÕES 3.1. Resistência ao fluxo de calor em sistemas quentes A baixa difusão do calor por parte do compósito, ficou comprovada quando na análise do gradiente de temperatura no compósito. Verificou-se neste experimento uma temperatura de 175ºC na interface pino aquecido compósito, seguidos de valores de 70ºC e 55ºC para distâncias da interface de 5mm e 10 mm respectivamente. Portanto, verificou-se um gradiente de temperatura de 120ºC em apenas 20 mm de espessura do material analisado, ou seja, do isolante térmico, denotando claramente a característica de retenção de calor do mesmo, como observase na Figura 2.6.

5 Superfície aquecida (aleta) Superfície interna média do isolante superfície externa do isolante Temperatura (ºC) Temperatura ( o C) Tface int. Tinterm. Tface ext Tempo (min) Tempo (min.) Figura 2.6. Gradiente de temperatura no compósito. Figure.2.6. Gradient of temperature in the composite Resistência ao fluxo de calor em sistemas frios Observando-se a Figura 2.7, nota-se que após 30 min, enquanto a temperatura da cápsula padrão aumentou de 0,8ºC para 21,2ºC, portanto 20,4ºC. A cápsula isolada com o compósito natural passou de 0,5ºC para 0,8ºC, i.e., apenas 0,3ºC de aumento; a diferença entre as duas cápsulas foi de ΔT = 20,4ºC. Após 45 min, a diferença de temperatura entre as duas cápsulas diminuiu para ΔT = 6,5ºC; 1 h depois, a diferença ficou em ΔT = 2,2ºC, essa diferença manteve-se inalterada até 2 h. No fim de 5 h45 min de medições, a diferença de temperatura entre padrão e o compósito tornou-se desprezível (0,2ºC).

6 ºC Padrão Compósito padrão in natura Figure 2.7. Resistance to heat flow: standard x natural isolating composite comparison. min Portanto, os resultados mostrados anteriormente tanto no que tange a sistemas quentes como no que tange a sistemas frios, denotam claramente a viabilidade de aplicação técnica do material analisado a ser utilizado como isolante térmico. 4. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem ao CNPq o apoio para desenvolvimento desta pesquisa. 5. REFERENCIAS Chou, P.J. and D.Ding, 2000, "Characterization of Moisture Absorption and Its Influence on Composite Structures", Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol.13, pp Mendes, J.U.L., 2000, "Development of A Composite Biodegradable For Thermal Isolation", Theory of Doctorate, PDCEM/UFRN, Natal, Brazil, pp Mendes, J.U.L. and Silva, L.C.F., 2003, Fibers of the Coconut in the Composition of Bricks Soil-Cement, Inter American Conference On Non-Conventional Materials and Tecnologies in the Eco-Construction and Infrastructure, Joâo Pessoa, Brazil, p.74. Satyanarayana, K. G. S, 2000, "Lectures on Composite Materials Natural With Fibers", Course of Academical Extension, UFRN, Natal, Brazil. 6. TERMO DE RESPONSABILIDADE Os autores são os únicos responsáveis pelo material impresso incluído neste artigo.