ERROS NA UTILIZAÇÃO DE PARÂMETROS TERMOGRÁFICOS DA ARGAMASSA E DA CERÂMICA NA DETECÇÃO DE ANOMALIAS EM REVESTIMENTOS

Transcrição

1 ERROS NA UTILIZAÇÃO DE PARÂMETROS TERMOGRÁFICOS DA ARGAMASSA E DA CERÂMICA NA DETECÇÃO DE ANOMALIAS EM REVESTIMENTOS ELTON BAUER (1) ; ELIER PAVÓN (2) ; ANTONIO HILDENBERG (3) (1) PECC/UNB Universidade de Brasília-elbauerlem@gmail.com; (2) PEEC/UNB Universidade de Brasília-elierpavon@gmail.com; (3) ENC/UNB Universidade de Brasília-hildenberg_oliveira@hotmail.com RESUMO A termografia infravermelha é uma técnica não destrutiva que está sendo empregada na detecção de defeitos nas fachadas das edificações. Para a correta interpretação dos termogramas obtidos nas inspeções das fachadas com revestimento cerâmico e com revestimentos de argamassa, é preciso conhecer os parâmetros térmicos da argamassa e das placas cerâmicas. Neste trabalho se realiza um estudo desses materiais em corpos de prova construídos no laboratório. A análise foi realizada utilizando parâmetros termográficos como a emissividade, a temperatura aparente refletida e a distância, que tiveram valores determinados experimentalmente (fisicamente corretos) e outros atribuídos erroneamente, de modo a não retratar a realidade do parâmetro. A comparação dos resultados obtidos nos dois casos permitiu determinar quantitativamente o efeito deste problema na temperatura. Concluiu-se que os erros nos parâmetros como a emissividade e a temperatura refletida na faixa definida no estudo introduzem erros nos valores de temperatura, sendo, no caso da emissividade, maiores com o aumento da temperatura média da superfície do corpo de prova. Como o valor da temperatura fica influenciado pelas mudanças destes parâmetros e os problemas patológicos têm sido identificados a partir de diferenças de temperatura relativamente pequenas, é preciso quantificar para a realização de estudos de patologias em fachadas os erros introduzidos pelos principais parâmetros termográficos. Palavras-chave: termografia, cerâmica, argamassa, fachadas.

2 ERRORS IN THE USE OF THERMOGRAPHIC PARAMETERS OF MORTAR AND CERAMIC IN DEFECT DETECTION ABSTRACT Infrared thermography is a non-destructive testing that is being used to detect defects on the facades of buildings. For the correct interpretation of thermograms obtained in the investigations of facades with ceramic tile and rendering mortar, is need know the thermal parameters of the mortar and ceramic tile. This paper makes a study of these materials in the specimens constructed in the laboratory. The thermographic analysis was performed using parameters such as emissivity, reflected temperature, and the apparent distance which was experimentally determined values (physically correct) and other wrongly allocated so as to not reflect the reality of the parameter. A comparison of the results obtained in two cases, was allowed quantitatively the effect of this problem in temperature. It was concluded that the errors in parameters such as emissivity and reflected temperature in the range defined in the study introduce errors in temperature values, and in the case of higher emissivity with increasing average temperature of the surface of the specimen. As the temperature value is influenced by the changes of these parameters and the pathological problems have been identified starting from relatively small temperature differences, it shows that is necessary to quantify conditions for conducting studies in facades errors introduced by the main thermographic parameters. Keywords: thermography, ceramic, mortar, facades.

3 1. INTRODUCÃO A termografia de infravermelho é utilizada na construção civil com diferentes finalidades. Alguma das áreas onde mais se destaca o emprego desta técnica são os estudos de eficiência energética em edificações (1,2), os estudos de desempenho e de conforto térmico (3,4,5), e os estudos de materiais (6,7,8), principalmente na detecção de patologias em fachadas (4,9,10). Nesse último cenário a termografia passiva de infravermelho surge como uma possível solução, pois permitiria a análise das patologias a distância, com uma equipe pequena e com um processo muito mais rápido e econômico. A análise das patologias se torna bastante complexa quando se trabalha em edifícios de grande porte, como prédios altos ou edificações de difícil acesso (11). A análise, porém, fica restrita aos termogramas, ou seja, fotos onde se observam apenas as temperaturas dos corpos no instante da realização das imagens. Portanto, para poder realizar uma análise precisa de identificação de patologias e determinar a sua gravidade nas fachadas, é preciso conhecer os parâmetros que influenciam os valores de temperatura dos termogramas e determinar de forma quantitativa o efeito que produz as variações dos mesmos. São muitos os parâmetros que influenciam os valores de temperaturas nos termogramas (12). A distância ao alvo, a temperatura refletida e a emissividade são, dos mais importantes, aqueles que podem ser controlados de forma quantitativa a partir de experimentos ou procedimentos relativamente simples. A utilização de valores errados nestes três parâmetros na análise das imagens térmicas conduz a erros nas leituras de tempratura, o que pode trazer incorretas interpretações dos problemas patológicos nas fachadas. Alguns dos principais problemas patológicos que se apresentam nas construções de Brasília são os descolamentos e desplacamentos da cerâmica, e as fissuras nos revestimentos de argamassa. Fato que foi comprovado em recentes estudos (13,14).

4 Por tais motivos o trabalho apresenta um estudo em placas de argamassa e em placas com revestimentos cerâmicos submetidas a um ciclo de aquecimento, com o objetivo de determinar o efeito que tem na temperatura a utilização de valores errados nos três parâmetros termográficos antes definidos. 2. PARÂMETROS TERMOGRAFICOS A emissividade é definida como a eficiência com que a superfície real emite radiação comparada com um corpo negro sujeito à mesma temperatura e assume valores entre 0 e 1 (15). Muitos fatores mudam a emissividade, sendo seis deles os que a literatura classifica como mais importantes. Estes são: o material, a estrutura ou textura superficial, a geometria, o ângulo, o comprimento de onda e a temperatura (15). Através de técnicas experimentais é possível medir o valor da emissividade de um alvo determinado. Uma delas é por comparação com a fita padrão (de emissividade conhecida) e a outra por meio da utilização do emissômetro. Apesar de ter técnicas que permitem determinar o valor certo da emissividade é comum a utilização de valores aproximados que introduzem erros nas leituras de temperatura dos termogramas. A variação dos valores de temperatura obtidos do equipamento, dependendo do valor de emissividade adotado, apresentam um comportamento padrão. Quando a temperatura do alvo é superior à temperatura refletida como acontece na maioria dos casos nas fachadas, a adoção de um menor valor de emissividade gera leituras maiores de temperatura (15). No caso em que a temperatura do alvo seja menor do que a temperatura refletida, o comportamento se inverte. Por causa deste fenômeno é preciso estudar e quantificar os erros nos materiais que com maior frequência encontramos nas fachadas. A temperatura aparente refletida é a leitura não compensada de uma câmara infravermelha contendo toda a radiação incidente no instrumento, independente de suas fontes (15). Quando não é feita a compensação e é assumido um valor de temperatura aparente refletida arbitrariamente, obtêm-se valores errados de

5 temperaturas nos termogramas, resultado da incorreta quantificação da radiação incidente de outros corpos. Por estes motivos se torna necessário quantificar o efeito deste parâmetro nas leituras dos termogramas, bem como os introduzidos por outros parâmetros como a distância. 3. MATERIAIS E MÉTODOS Para o estudo foram preparados dois corpos de prova. O primeiro constituído por uma placa de argamassa maciça de tamanho padrão de 50cm de comprimento, 25cm de largura e 4cm de espessura (figura 1-a). O segundo corpo de prova constituído por uma placa similar, sendo assentada nela três placas cerâmicas iguais com argamassa colante (figura 1-b). A espessura final da camada de argamassa colante foi de 2mm. Figura - 1 Corpos de prova. a) b) Para o estudo termográfico as placas foram aquecidas com um sistema constituído por uma caixa com três lâmpadas infravermelhas de 250W. Foi aplicado calor por uma das superfícies das placas durante 60min. A posição das mesmas no experimento pode ser observada na figura 2. No caso do corpo de prova com revestimento cerâmico o calor foi aplicado pela superfície revestida. As lâmpadas ficaram separadas dos corpos de prova a uma distância de 0,8m. Neste caso, o calor penetra para o interior da placa através da superfície revestida com cerâmica, similar ao que acontece nas fachadas de Brasília durante as horas de exposição solar.

6 Figura - 2 Posição da placa e as lâmpadas no experimento. Para a realização do estudo se empregou uma câmera infravermelha modelo FLIR T400 com uma faixa de temperatura de -20 a 120, precisão de 2%, faixa espectral de 7,5 a 13µm, resolução de 320 x 240 pixels, lente de 25 graus e IFOV de 1,363 mrad. A câmera foi programada para realizar uma foto térmica a cada 4 minutos. Os dados de temperatura foram obtidos a partir do processamento das imagens térmicas no software FLIR QuickReport v1.2. O valor real dos três parâmetros estudados foi determinado experimentalmente. A distância entre o corpo de prova e a câmera ficou em 1,7 metros. A temperatura aparente refletida foi determinada pelo método da lâmina corrugada de alumínio segundo a norma ASTM E (16) se obtendo um valor de 26 no experimento com a placa de argamassa e 25 no experimento com a placa revestida com cerâmica. A emissividade foi determinada por comparação com a fita padrão de acordo com o procedimento da ASTM E (17) obtendo-se um valor de 0,95 para a placa de argamassa e de 0,93 para a placa cerâmica. Para a análise dos erros nestes três parâmetros termográficos se trabalhou com três imagens térmicas. Estas imagens correspondem a valores de temperatura média dos corpos de prova mais próximo de 25, 30 e 35, determinados no software, usando os dados experimentais dos três parâmetros térmicos, ou seja, foram empregadas as fotos onde a temperatura média da superfície ficou mais próxima de 25, 30 e 35. Nessas

7 três imagens, se fixaram dois parâmetros e se mudou o terceiro no software, como segue na tabela 1 e 2. Este procedimento se repetiu nas três imagens térmicas definidas. Tabela 1. Mudanças dos parâmetros térmicos no experimento da placa de argamassa. Placa-Argamassa Distância (m) Temp. apar. Refletida ( ) Emissividade Caso 1 1,7 26 0,6-0,7-0,8-0,9-0,95 Caso 2 1, ,95 Caso 3 1-1, ,95 Tabela 2. Mudanças dos parâmetros térmicos no experimento da placa com revestimento cerâmico. Placa-Cerâmica Distância (m) Temp. apar. Emissividade Refletida ( ) Caso 1 1,7 25 0,6-0,7-0,8-0,9-0,93-0,95 Caso 2 1, ,93 Caso 3 1-1, ,93 Para determinar o efeito na temperatura dos erros nos parâmetros, calculou-se a diferença de temperatura entre o valor de temperatura obtido na combinação (com parâmetros mudados) menos o valor de temperatura obtido com os parâmetros determinados experimentalmente (corretos). O que significa que o valor zero de cada gráfico seria a leitura correta e os valores para cima e para baixo destes estariam indicando os erros de temperatura que se obtém com a mudança dos parâmetros. 4. RESULTADOS A figura 3 mostra as diferenças de temperatura (erros) obtidas com a variação da emissividade, ou seja, refere-se ao caso 1. Nota-se que nos dois corpos de prova para

8 Temperatura Temperatura maior temperatura da superficie o erro no valor da temperatura fica maior com a diminuição da emissividade, coincidindo os maiores erros com a temperatura mais alta da superfície, neste caso com T35. O único caso onde o erro no valor do parâmetro diminui a temperatura é para o T25, no caso do corpo de prova de argamassa. Nele o valor da temperatura aparente refletida apresentou um pequeno acréscimo em relação à temperatura da superfície do corpo de prova, o que justifica o decréscimo da temperatura junto ao valor da emissividade. Pode-se observar que no caso do corpo de prova com revestimento cerâmico para os três valores de temperatura estudados T25, T30 e T35, o erro é maior que no corpo de prova de argamassa por ter o um valor de emissividade menor. Figura 3 Erros nos valores de temperatura com a variação da emissividade. 6 5 Cerâmica 6 5 Argamassa ,6 0,7 0,8 0,9 1-1 Emissividade 0 0,6 0,7 0,8 0,9 1-1 Emissividade T25 T30 T35 T25 T30 T35 Na maioria dos estudos de patologias em fachadas, se trabalha com uma faixa de emissividade entre 0,85 até 0,95. Nota-se que nesse intervalo em ambos corpos de prova para T35 o erro na temperatura chega a ter valores próximos 1. Se considerarmos que o valor da superfície da fachada pode chegar a superar os 50 (o que aumentaria o valor do erro na temperatura) e que nos estudos de patologias estão sendo identificadas patologias como descolamentos e fissuras com valores menores de 0,5, pode-se concluir que erros nos valores de emissividade podem levar a conclusões erradas na interpretação dos termogramas no processo de identificação de patologias. Daí a importância de determinar experimentalmente os valores destes parâmetros e de

9 Temperatura Temperatura quantificar os possíveis erros antes da realização de um estudo de patologias em fachada. Os erros gerados da variação da temperatura aparente refletida e da distância são relativamente pequenos comparados com os erros gerados pela variação da emissividade. Nas figuras 4 e 5, elaboradas na mesma escala que na figura 3 da emissividade, pode ser observado este fato. Figura 4 Erros nos valores de temperatura com a variação da temperatura aparente refletida. 6 5 Cerâmica 6 5 Argamassa Temperatura aparente refletida Temperatura aparente refletida T25 T30 T35 T25 T30 T35 No caso da temperatura aparente refletida pode-se observar que as diferenças na temperatura da superfície não produz diferenças nos erros da temperatura, ou seja, que independentemente da temperatura da superfície da fachada o erro resultado da mudança da temperatura aparente refletida se mantém constante. Nota-se que para um erro de 10 na temperatura aparente refletida o erro no valor da temperatura pode ficar em torno de 0,5. É pouco frequente ter erros na temperatura aparente refletida desta magnitude, mas é um erro comum empregar o mesmo valor da temperatura ambiente. Esta última situação pode gerar pequenos erros, que junto a erros em outros parâmetros pode chegar a influenciar a análise de uma determinada patologia. A distância é o parâmetro mais simples de se controlar, basta somente uma medição direta. Os erros nele são resultado da aproximação na introdução do valor no

10 Temperatura Temperatura equipamento quando não é feita a medição em campo. Pode-se observar que o erro produzido por este parâmetro na temperatura é relativamente pequeno, mas é importante destacar que o incremento da temperatura da superfície aumenta o erro, o que para valores de temperatura de fachadas elevados, pode chegar a ser significativo o incremento. Nota-se que os valores dos erros são bem similares em ambos os materiais. Figura 5 Erros nos valores de temperatura com a variação da distância Cerâmica Distância (m) Argamassa Distância (m) T25 T30 T35 T25 T30 T35 O estudo dos parâmetros mostrou que é preciso controlar os erros produzidos pela variação de cada um deles. Comprovou-se que a utilização de valores errados de emissividade produz os maiores erros na temperatura, comparado com outros parâmetros estudados. Outro ponto importante a destacar é que neste caso foi estudada a influência destes parâmetros por se só, sendo que a acumulação de erros de vários parâmetros poderia gerar ainda maiores diferenças na temperatura. 5. CONCLUSÕES Os erros nos parâmetros como a emissividade e a temperatura refletida na faixa definida no estudo introduzem erros nos valores de temperatura, sendo no caso da emissividade, maiores com o aumento da temperatura média da superfície do corpo de prova.

11 Como os problemas patológicos tem sido identificados a partir de diferenças de temperatura relativamente pequenas é preciso quantificar, para a realização de estudos de patologias em fachadas, os erros introduzidos pelos principais parâmetros termográficos. 6. AGRADECIMENTO Ao Laboratório de Ensaios de Materiais da UnB (LEM-UNB). À agência de fomento CAPES. 7. BIBLIOGRAFIA 1. SHI, Y., CHEN, H., XU, Q., LI, D., WANG, Z., AND FANG, X. Application of Infrared Thermography in Building Energy Efficiency Institute of Technology. Building Commissioning for Energy Efficiency and Comfort, v. VI, p. 5 9, COLECTIVE OF AUTHORS. Post-construction testing a profesional s guide to testing housing for energy efficiency, p. 1 16, SABBATINI, E. An innovative IR camera monitoring system for energy fluxes and comfort estimation in built environment. Università Politecnica delle Marche, TAYLOR, T., COUNSELL, J., AND GILL, S. Combining thermography and computer simulation to identify and assess insulation defects in the construction of building façades. Energy and Building, v. 76, p , PORRAS-AMORES, C., MAZARRÓN, F. R., AND CAÑAS, I. Using quantitative infrared thermography to determine indoor air temperature. Energy and Building, v. 65, p , BARREIRA, E., AND DE FREITAS, V. P. Evaluation of building materials using infrared thermography. Construction and Building Materials, v. 21, p , ALBATICI, R., PASSERINI, F., TONELLI, A. M., AND GIALANELLA, S. (2013) Assessment of the thermal emissivity value of building materials using an infrared thermovision technique emissometer. Energy and Building, v. 66, p , 2013.

12 8. DOS SANTOS, W. N. (2005) Métodos transientes de troca de calor na determinação das propriedades térmicas de materiais cerâmicos : I - O método de pulso de energia. Cerâmica, v. 51, p , DE FREITAS, S. S., DE FREITAS, V. P., AND BARREIRA, E. Detection of façade plaster detachments using infrared thermography A nondestructive technique. Construction and Building Materials, v. 70, p , EDIS, E., FLORES-COLEN, I., AND DE BRITO, J. Passive thermographic detection of moisture problems in façades with adhered ceramic cladding. Construction and Building Materials, v. 51, p , BAUER, E., CASTRO, E. K., HILDENBERG, A., AND PAVON, E. Criteria for application of passive infrared thermography as an auxliary technique in teh diagnosis of pathologies os facades of buildings. Revista Politecnica, v. 21, p , INFRARED TRADE CENTER, Thermography for Construction, p. 61, BAUER, E., CASTRO, E. K., AND ANTUNES, G. Processo de identificação das manifestações patológicas em fachadas com revestimento cerâmico, In: IX Simpósio Brasileiro de Tecnologia das Argamassas, Belo Horizonte: SBTA, BAUER, E., CASTRO, E. K., LEAL, F. E., AND ANTUNES, G. (2011) Identification and quantification of failure modes of new buildings façades in Brasília, In: XII International Conference on Durability of Building Materials and Components, Porto: DBMC, INFRARED TRADE CENTER. Thermografia Nivel 1. Manual do curso Infrared T, p. 26, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM E : Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Reflected Temperature Using Infrared Imaging Radiometers. West Conshohocken, Pennsylvania, United States, AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. ASTM : Standard Test Methods for Measuring and Compensating for Emissivity Using Infrared. West Conshohocken, Pennsylvania, United States, 1999.