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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
Programa de Pós-Graduação em Física e Meio Ambiente
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PAINÉIS
VERTICAIS COMPOSTOS POR EPS E TIJOLO
CERÂMICO DE OITO FUROS COMO ISOLANTES
TÉRMICOS PARA A REGIÃO DE CUIABÁ-MT
ALUNO: ROBINSON DE CARVALHO ARAÚJO
ORIENTADORA: PROF
a
. DR
a
. GILDA TOMASINI MAITELLI
Cuiabá MT, julho de 2004.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
Programa de Pós-Graduação em Física e Meio Ambiente
ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PAINÉIS
VERTICAIS COMPOSTOS POR EPS E TIJOLO
CERÂMICO DE OITO FUROS COMO ISOLANTES
TÉRMICOS PARA A CIDADE DE CUIABÁ-MT
ALUNO: ROBINSON DE CARVALHO ARAÚJO
Dissertação apresentada ao Programa
de Pós-graduação em Física e Meio
Ambiente, Departamento de Física,
Instituto de Ciências Exatas e da Terra
da Universidade Federal de Mato
Grosso, como parte dos requisitos para
obtenção do Título de Mestre em Física
e Meio Ambiente. Área de
Concentração: Mudanças Climáticas
Globais, Linha de Pesquisa:
Climatologia Urbana.
ORIENTADORA: PROF
a
. DR
a
GILDA TOMASINI MAITELLI
Cuiabá MT, junho de 2004.
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA
Programa de Pós-Graduação em Física e Meio Ambiente
FOLHA DE APROVAÇÃO
Título: “ESTUDO COMPARATIVO ENTRE PAINÉIS VERTICAIS
COMPOSTOS POR EPS E TIJOLO CERÂMICO DE OITO FUROS
COMO ISOLANTES TÉRMICOS PARA A CIDADE DE CUIABÁ-MT”.
Aluno: ROBINSON DE CARVALHO ARAÚJO
Dissertação defendida e aprovada em 1
o
de julho de 2004, pela comissão
julgadora:
____________________________________
PROF
a
DR
a
GILTA TOMASINI MAITELLI
Orientadora
ICHS/UFMT
________________________________________
PROF
a
DR
a
MARTA CRISTINA DE JESUS ALBUQUERQUE NOGUEIRA
FAET/UFMT
_________________________________________
PROF
a
DR
a
CLEUSA APARECIDA GONÇALVES PEREIRA ZAMPARONI
ICHS/UFMT
DEDICATÓRIA
Dedico este trabalho a UFMT, pois
foi a Instituição de ensino a qual
possibilitou que eu realizasse o
sonho de ser Arquiteto e Urbanista,
me deu a oportunidade de lecionar e
agora de chegar ao Mestrado, com
ensino público gratuito e de
qualidade.
AGRADECIMENTOS
- A Deus acima de tudo;
- Aos meus pais por todos os momentos;
- A Prof
a
. Dr
a
. Gilda Tomasini Maitelli que soube levar a orientação sempre
de forma precisa e esclarecedora, me dando conhecimento e confiança
necessários para a concretização deste trabalho;
- Ao Prof. Dr. José de Souza Nogueira pela coordenação e esforços para a
realização deste curso de mestrado;
- A Prof
a
. Dr
a
. Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueira pelas
informações preciosas e preocupações com o desenvolvimento desta
pesquisa;
- A todos os professores do Programa de Mestrado em Física e Meio
Ambiente da Universidade Federal de Mato Grosso, os quais
demonstraram-se dispostos a formar um grupo de excelência em nosso
país;
- Ao Engenheiro Sérgio por possibilitar a instalação dos aparelhos na
edificação em EPS de sua propriedade;
- Ao Engenheiro Felipe, representante da ISOESTE em Goiânia que não
mediu esforços para que me pudesse pudessem chegar em mãos às placas
de EPS necessárias para a realização desta pesquisa, de forma gratuita e
extremamente atenciosa;
- Ao Prefeito do Campus da UFMT em Cuiabá, Rubens Mauro Ribeiro
Leite e os pedreiros chefiados pelo Sr Ivo Bibiano de Lima que muito me
auxiliaram na confecção dos painéis;
- Aos alunos do Curso de Engenharia Sanitária, Jesse, Helton e Marcelo
pelo auxílio no transporte dos materiais caminhando do Bloco da FAET
até a Estação Climatológica da UFMT;
- Ao aluno do Curso de Arquitetura e Urbanismo. Jonathan Moraes pelo
auxílio nos relatos fotográficos;
- A Soilse pela paciência e colaboração nos serviços de secretaria;
- A todos colegas de curso, sem os quais não seria possível chegar até aqui.
SUMÁRIO
LISTA DE TABELAS.......................................................................
i
LISTA DE FIGURAS........................................................................
ii
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS......................................
v
LISTA DE SÍMBOLOS....................................................................
vi
RESUMO............................................................................................
vii
ABSTRACT.......................................................................................
viii
1 - INTRODUÇÃO.......................................................................
1
1.1 – PROBLEMÁTICA.....................................................................
1
1.2 – JUSTIFICATIVA.......................................................................
2
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA...........................................
4
2.1 –
ABORDAGENS SOBRE O CLIMA..........................................
4
2.2 – PROPRIEDADE FÍSICA DOS MATERIAIS...........................
12
2.3 – O EPS (POLIESTIRENO EXPANDIDO).................................
18
2.4 – MATERIAIS CERÂMICOS......................................................
20
3 – ÁREA DE ESTUDO..............................................................
24
3.1 - LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA
REGIONAL.........................................................................................
25
3.1.1 - O município e o sítio urbano de Cuiabá - caracterização geral.................. 27
3.1.1.1 – Registros de dados climáticos................................................................ 29
3.1.2 – Localização das áreas escolhidas para coleta de dados............................. 31
4 – MATERIAIS E MÉTODOS...............................................
32
4.1 – MATERIAIS..............................................................................
32
4.1.1 – Equipamento para obtenção da temperatura e umidade relativa do ar...... 32
4.1.2 – Equipamento para obtenção da temperatura radiante média..................... 33
4.1.3 – As edificações............................................................................................ 33
4.1.4 – O painel vertical composto por EPS (poliestireno expandido).................. 34
4.1.5 – O painel vertical composto por tijolos cerâmicos de oito furos................ 35
4.2 – MÉTODO...................................................................................
36
4.2.1 – Tipo de pesquisa........................................................................................ 36
4.2.2 – Fases de coleta de dados............................................................................ 37
4.2.2.1 – Escolha e caracterização das edificações da primeira fase de coleta
de dados.................................................................................................................
37
4.2.2.2 – Escolha do ambiente...............................................................................
40
4.2.3 – Determinação do local para a segunda de coleta de dados........................ 41
4.2.3.1- A escolha do local para confecção dos painéis verticais.........................
41
4.2.3.2 – A construção dos painéis........................................................................
42
4.2.3.3– Do processo construtivo..........................................................................
42
4.2.3.4 – Dos acabamentos....................................................................................
43
4.3 – DEFINIÇÃO DAS VARIÁVEIS...............................................
44
4.4 - PERÍODO DE COLETA DE DADOS.......................................
45
5 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS
RESULTADOS
..............................................................................
47
5.1 – FASE 1.......................................................................................
47
5.1.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (TRC °C) entre as
edificações “1” e “2”.............................................................................................
48
5.2 – FASE 2.......................................................................................
51
5.2.1 – Primeira coleta de dados............................................................................ 52
5.2.1.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (
°
C) entre os
painéis “1” e “2”..................................................................................................
52
5.2.2 –Segunda coleta de dados............................................................................. 58
5.2.2.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (
°
C) entre os
painéis “1” e “2”..................................................................................................
58
6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS..............................................
65
6.1 – RECOMENDAÇÕES.................................................................
66
7 – BIBLIOGRAFIAS.................................................................
67
7.1 – BIBLIOGRAFIAS CITADAS...................................................
67
7.2 – BIBLIOGRAFIAS CONSULTADAS.......................................
71
ANEXOS..........................................................................................
76
i
LISTA DE TABELAS
Tabela 01 Propriedades radiativas de materiais urbanos........................................ 18
Tabela 02 Resistência à compressão mínima dos blocos de vedação ou
estrutural................................................................................................
23
Tabela 03 Médias mensais de variáveis climáticas observadas em Cuiabá no
Período de 1970-2002............................................................................
29
Tabela 04 Médias anuais de variáveis climatológicas observadas em Cuiabá no
período de 1970-2002............................................................................
30
ii
LISTA DE FIGURAS
Figura 01 Representação esquemática da atmosfera urbana: camada limite
(CLU), camada limite do dossel urbano (CLD); camada limite rural
(CLR).....................................................................................................
06
Figura 02 Condução através de um Sólido homogêneo........................................ 12
Figura 03 Transferência de calor por condução unidimensional (difusão de
energia)..................................................................................................
13
Figura 04 Esquema explicativo para determinação de K para paredes
heterogêneas em espessura....................................................................
15
Figura 05 Troca radiativa entre uma superfície e as suas vizinhanças.................. 16
Figura 06 Localização de Cuiabá........................................................................... 25
Figura 07 Planta da cidade de Cuiabá, indicando os locais do experimento 28
Figura 08 Thermo-higrômetro............................................................................... 32
Figura 09 Radiômetro............................................................................................ 33
Figura 10 Detalhe construtivo de um painel preenchido por EPS......................... 34
Figura 11 Secção transversal em um painel composto por EPS............................ 35
Figura 12 Secção transversal de um painel em alvenaria de tijolos cerâmicos de
oito furos................................................................................................
36
Figura 13 Perspectiva isométrica de uma parede em alvenaria de tijolos
cerâmicos de oito furos..........................................................................
36
Figura 14 Edificação composta por painéis verticais com enchimento com
blocos de EPS, edificação “1”...............................................................
38
Figura 15 Edificação composta por painéis verticais com enchimento em tijolos
cerâmicos de oito furos, edificação “2”.................................................
38
Figura 16 Localização das edificações.................................................................. 39
Figura 17 Planta baixa da edificação “1”............................................................... 40
Figura 18 Planta baixa da edificação “2”............................................................... 41
Figura 19 Locação dos painéis ao lado da Estação Climatológica Mestre
Bombled, Campus da UFMT................................................................
42
Figura 20 Painéis com os materiais expostos........................................................ 43
iii
Figura 21 Painel composto por EPS após colocação da tela de aço em processo
de revestimento......................................................................................
44
Figura 22 Painéis prontos...................................................................................... 44
Figura 23
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre
as edificações “1” e “2” para as 8:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03....
48
Figura 24
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre
as edificações “1” e “2” para as 12:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03..
49
Figura 25
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre
as edificações “1” e “2” para as 16:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03..
49
Figura 26
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre
as edificações “1” e “2” para às 20:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03..
50
Figura 27 Análise comparativa da umidade relativa do ar (UR%) entre as
edificações “1” e “2”, de 29/04/03 à 03/05/03......................................
51
Figura 28
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 8:00 horas, de
30/03/04 à 01/04/04...............................................................................
53
Figura 29
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 10:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
53
Figura 30
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 12:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
54
Figura 31
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 14:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
55
Figura 32
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 16:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
56
Figura 33
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 18:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
56
iv
Figura 34
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 20:00 horas,
de 30/03/04 à 01/04/04..........................................................................
57
Figura 35 Variação da umidade relativa do ar (UR%) média de 30/03/04 à
01/04/04.................................................................................................
58
Figura 36
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 8:00 horas, de
19/05/04 à 21/05/04...............................................................................
59
Figura 37
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 10:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
59
Figura 38
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 12:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
60
Figura 39
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 14:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
60
Figura 40
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 16:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
61
Figura 41
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 18:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
62
Figura 42
Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre
painéis em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 20:00 horas,
de 19/05/04 à 21/05/04..........................................................................
62
Figura 43 Variação da umidade relativa do ar (UR%) média de 19/05/04 à
21/05/04.................................................................................................
63
Figura 44 Proposta de painel de fechamento vertical composto por tijolos
cerâmicos de oito furos, EPS e
argamassa..............................................................................................
64
v
LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ABC Associação Brasileira de Cerâmica
ABRAPEX Associação Brasileira do Poliestireno Expandido
ACEPE Associação Industrial do Poliestireno Expandido em Portugal
ANICER Associação Industrial da Industria Cerâmica
CFC Cloro Flúor Carbono
CLD Camada Limite do Dossel Urbano
CLU Camada Limite Urbana
DNMET Departamento Nacional de Meteorologia
EPS Poliestireno Expandido
INMET Instituto Nacional de Meteorologia
IPDU Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento Urbano
OMM Organização Meteorológica Mundial
T °C
Temperatura do Ar
TRM °C
Temperatura Radiante Média
UR% Umidade Relativa do Ar
vi
LISTA DE SÍMBOLOS
K Coeficiente Global de Transmissão Térmica
W/m² °C
λ
Coeficiente de Condutibilidade Térmica do Material
W/m² °C
α
Coeficiente de Absorção W/m²
ρ
Coeficiente de Reflexão ou Albedo W/m²
τ
Coeficiente de Transmissão W/m²
σ
Constante de Satefan-Boltzmann 5,67x10
-8
Wm
-2
K
-4
ε
Emesividade da Superfície %
θe
Temperatura da Superfície Externa da Envolvente
°C
θ
i
Temperatura da Superfície Interna da Envolvente
°C
h
e
Coeficiente de Condutância Térmica Superficial
Externa
W/m² °C
h
i
Coeficiente de Condutância Térmica Superficial
Interna
W/m² °C
q
x
Taxa de Condução de Calor W
R Densidade do Fluxo de Radiação W/m²
T Temperatura Absoluta do Corpo Negro K
t
e
Temperatura do Ar Externo
°C
t
i
Temperatura do Ar Interno
°C
T °C
Temperatura do Ar
°C
TRM °C
Temperatura Radiante Média
°C
UR% Umidade Relativa do Ar %
vii
RESUMO
ARAÚJO, R. C. Estudo comparativo entre painéis verticais compostos por EPS e
tijolo cerâmico de oito furos como isolantes térmicos para a região de Cuiabá-
MT. Cuiabá, 2004. 83p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação em
Física e Meio Ambiente - ICET –UFMT.
A Região Centro Oeste do Brasil, localizada em uma área tropical
caracterizada por índices elevados de radiação solar o ano todo, que origina a
ocorrência de temperaturas do ar elevadas e Cuiabá, capital do Estado de Mato
Grosso, situada em uma depressão e circundada por relevo de chapadas possui um
clima quente, e, muitas vezes, desconfortável, sendo um dos maiores exemplos neste
contexto. Pensando em proporcionar maior conforto às edificações desta região
procura-se sempre inovar em tecnologia de materiais de construção, assim, pensou-se
na utilização do sistema construtivo em que os painéis são preenchidos por EPS
(Poliestireno Expandido), material caracterizado como potencial isolante térmico e
acústico. E, para uma melhor caracterização deste sistema construtivo realizamos
nossa pesquisa comparando-o a tecnologia adotada atualmente, em alvenaria de
tijolos cerâmicos de oito furos, demonstrando, a partir de um comparativo, qual sofre
menor influência da radiação solar característica, a qual condiciona as edificações a
níveis baixos de conforto térmico. Os painéis verticais são responsáveis em boa parte
por esta condição, pois são mecanismos de transportes de calor para o interior dos
ambientes construídos e, baseado-se nesta propriedade física fizemos um
comparativo entre as variáveis ambientais: temperatura do ar (T
°C); temperatura
radiante média (TRM
o
C) e umidade relativa do ar (UR%), demonstrando que os
painéis verticais com enchimento em EPS resultam em um pequeno ganho de
conforto em relação ao outro sistema analisado, porém o sistema ainda necessita ser
revisado pois demonstrou altos índices de absorção de radiação nas faces expostas ao
sol.
Palavras-chave: EPS, Tijolo Cerâmico e Radiação.
viii
ABSTRACT
ARAÚJO, R. C. Comparative study between vertical panels composites
for EPS and eight holes ceramic brick how thermic isolant for the Cuiabá-MT
region. Cuiabá, 2004. 83p. Dissertação (Mestrado) – Programa de Pós-Graduação
em Física e Meio Ambiente - ICET –UFMT.
The Region Center West of Brazil, located in a tropical area characterized by
raised indices of solar radiation the year all, what it originates the occurrence of high
temperatures of air and Cuiabá capital of the State of Mato Grosso, situated in
chapadas a depression and surrounded relief of possesss a hot climate, and, many
times, desconfort, being one of the biggest examples in this context. Thinking about
providing to greater comfort to the constructions of this region it is always looked to
innovate in technology of construction materials, thus, was thought about the use of
the constructive system where the panels are filled by EPS (Poliestireno Expandido),
characterized material as potential thermal and acoustic insulator. E, for one better
characterization of this constructive system we carry through our research comparing
it technology adopted currently, in masonry of ceramic bricks of eight punctures,
demonstrating, from a comparative degree, which suffers to minor influence from
characteristic the solar radiation, which conditions the constructions the low levels of
thermal comfort. The vertical panels are responsible in good part for this condition,
therefore they are mechanisms of transports of heat for the interior of constructed
environments e, based on this physical property we made a comparative degree
between the ambient variable: temperature of air (T °C); average radiating
temperature (TRM °C) and relative humidity of air (UR%), demonstrating that the
vertical panels with wadding in EPS result in a small profit of comfort in relation to
the other analyzed system, however the system still needs to be revised therefore
demonstrated high indices of absorption of radiation in the displayed faces to the sun.
Keywords: EPS, Ceramic Brick and Radiation
1
1 - INTRODUÇÃO
1.1 - PROBLEMÁTICA
Cuiabá, capital de Mato Grosso é conhecida por suas altas temperaturas o ano
todo, devido à sua localização e aos acidentes geográficos que a entornam. E, desde a
sua descoberta em 1719, construtores buscam solucionar de maneira viável este
entrave climático, para que as edificações regionais sejam abrigos confortáveis
àqueles designados a utiliza-las.
No passar dos anos foram utilizadas diversas tecnologias aplicadas a
construção civil regional, desde as largas paredes de adobe, que consistia em grandes
blocos de argila que eram secados ao sol e empilhados para formar este painel, com
seus pés-direitos altos no início da colonização até a atual tecnologia em alvenaria
de tijolos cerâmicos, já bem difundida e empregada na maior parte das edificações
atuais. Porém, ainda demonstra ser importante o avanço dos materiais e técnicas
construtivas que possibilitem um maior conforto aos ambientes além de buscar
soluções alternativas e de baixo custo, com um emprego mais racional dos materiais
e com uma técnica mais aguçada.
Entre estas novas tecnologias temos os painéis de fechamento com seu miolo
preenchido por blocos de EPS (Poliestireno expandido), os quais sugerem ser de fácil
aplicação e custo próximo aos praticados hoje, sendo isso demonstrado em alguns
exemplos já edificados em nossa região. Porém, não houve ainda, um estudo mais
aprofundado sobre as propriedades do sistema construtivo em relação ao nosso
clima, causando assim algum receio da sua aplicação em maior escala. Ao divulgar
resultados efetivos sobre esta tecnologia haverão mais profissionais qualificados para
um correto aproveitamento desta tecnologia, dando assim uma nova possibilidade
para o nosso edificar regional.
2
1.2 - JUSTIFICATIVA
Baseando-se na recente tecnologia de painéis verticais recheados por blocos
maciços de EPS, desenvolvemos nossa pesquisa para a obtenção de dados concretos
a respeito da influencia do clima de nossa região nesse sistema construtivo, através
da observação do seu potencial como isolante térmico a partir de comparações com a
tecnologia atualmente mais utilizada para confecção de painéis verticais em
edificações, ou seja, a alvenaria de tijolos cerâmicos de oito furos. Essa comparação
possibilita verificar qual destes sistemas melhor se adapta às características
climáticas de nossa região, as quais são determinadas por duas estações distintas,
sendo uma seca (de maio a outubro) e outra chuvosa (de novembro a março) com
ambas tendo altos valores de temperatura do ar, além, da ventilação natural, na maior
parte do dia desprezível, pois não ultrapassa 1,5 m/s. Esse fato potencializa a
radiação emitida por estes painéis em direção aos ambientes internos com os quais
eles fazem face, pois pela ausência do vento perde-se um mecanismo eficaz para
diminuição da temperatura armazenada pela face que recebe a radiação a partir de
trocas de calor. Podemos citar ainda a posição geográfica de nossa região, observada
por ser em uma depressão ou baixada, a qual, comprovadamente tem características
que dão ao nosso clima este aspecto termicamente desconfortável em muitos
períodos.
Convém destacar que temos poucos estudos aprofundados a respeito de
propriedades físicas destes painéis verticais em relação ao clima de nossa região,
como a condutividade térmica, a reflexão e a absorção dos raios solares. A radiação
solar que atinge esses painéis é característica por ter alta freqüência e ondas curtas,
porém, ao ser absorvida pelo sistema, principalmente nas faces oeste das edificações,
se transformam em ondas longas com baixa freqüência, o que denominamos de
radiação térmica, transmitindo desconforto térmico ao interior destes ambientes sem
a proteção adequada, sendo uma constante crítica de usuários de um modo geral e
independente do uso a qual esta edificação está relacionada.
Desta forma o presente estudo pretende contribuir para a análise dos aspectos
climáticos na cidade de Cuiabá/MT e suas conseqüências nos painéis verticais das
3
edificações locais, assim como em ambientes fechados, a partir da comparação da
influência da radiação sobre estes sistemas construtivos.
A analise foi baseada em um comparativo entre duas destas técnicas
construtivas para painéis verticais, sendo que em uma primeira fase analisamos duas
edificações de uso residencial, onde uma era edificada utilizando painéis verticais
compostos por blocos de EPS e a outra com painéis verticais em alvenaria de tijolos
cerâmicos de oito furos. Em uma segunda fase analisamos individualmente estes
painéis verticais, independentes de edificação, dispostos lado-a-lado e localizado no
eixo leste-oeste para que a influência da radiação solar seja representativa nos
resultados apresentados.
4
2 – REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
2.1 – ABORDAGENS SOBRE O CLIMA
O conceito de clima consiste em definições baseadas na Climatologia
tradicional, onde as características atmosféricas eram analisadas como fenômenos da
natureza sem a interferência do homem. Assim as ações antrópicas não eram
consideradas agentes climáticos
Entretanto o MINISTÉRIO DA AGRICULTURA (1977) publicou um
caderno sobre mudanças climáticas onde se baseia em conceitos da OMM
(ORGANIZAÇÃO METEOROLÓGICA MUNDIAL) que entende o clima como um
sistema resultante das interações entre atmosfera e superfície terrestre cujos vínculos
físicos e químicos, variados e complexos, tem um papel primordial no
comportamento climático global. Essa abordagem coloca o clima nas discussões
ambientais e as ações antrópicas juntamente com as variações climáticas naturais
como responsáveis pelas mudanças climáticas.
“Modernamente a noção de clima passa a ter um caráter mais específico
havendo diversidade nas suas definições, conforme a área de
conhecimento a que se destina o estudo, dificultando uma única definição
essencial. Surge então, a noção de CLIMATOLOGIA APLICADA,
destinada aos mais variados setores da atividade humana” (LAMBERTS
et al., 1994).
É importante ressaltar uma conceituação a respeito da composição
atmosférica, pois esta interfere diretamente na climatologia de forma geral, além de
ser um meio controlador da entrada de radiação solar em nosso meio, portanto, como
coloca MASCARÓ (1983) o ar é uma mistura de gases muito compressíveis, sendo
suas camadas inferiores muito mais densas que as superiores. Por exemplo, a
5
densidade média do ar diminue desde aproximadamente 1,2 Kg/m³ na superfície até
0,7 Kg/cm³ a 5.000m de altitude, que é o limite da habitabilidade humana. Ainda que
a atmosfera seja composta por um certo número de gases, cinco deles – nitrogênio,
oxigênio, dióxido de carbono e vapor d’água constituem 99,9% de seu volume. As
variações com a altura estão relacionadas com a localização das fontes de gases não
permanentes – o vapor d’água e o ozona, uma vez que ambos absorvem parte da
radiação solar terrestre, o balanço de luz e calor e a distribuição vertical de
temperatura da atmosfera se vêem consideravelmente afetados pela distribuição
destes gases.
Apesar da existência de todos os elementos que compõe a atmosfera estes
funcionam sempre relacionados com todos os meios, porém, ao nível urbano é
interessante ressaltar algumas considerações, como colocado a seguir.
“Além do clima em dada região ser determinada pela variação e inter-
relação de diversos elementos, os principais fatores climáticos a serem
considerados para se dotar o homem e os projetos de edificação de
conforto térmico são: radiação solar, radiação de onda longa emitida da
terra para a atmosfera, temperatura do ar, velocidade do ar, umidade
relativa e precipitação (chuva, neve, etc), considerando-se que a
manutenção do equilíbrio térmico entre o corpo humano e seu ambiente
é um dos principais requisitos para a saúde, o bem-estar e o conforto”,
(GIVONI, 1981).
O número de habitantes em áreas urbanas subiu de 600 milhões em 1890 para
2 bilhões em 1986, e se esta tendência continuar, em 2010 mais de 80% da população
mundial estará nas cidades.Vê-se necessário, então, fazer considerações neste
momento a respeito de clima urbano para que possamos ter uma maior base
conceitual para a interpretação da influência deste nas edificações, assim como
desenvolver mecanismos para a suavização de seus efeitos.
Torna-se então importante ressaltar elementos urbanos que interferem no
clima, pois estes irão sempre agir correspondentemente a presença de novas áreas
urbanas e edificações que alterem a natureza do local.
OKE (1987) a respeito disso demonstra que conhecer o balanço de energia de
uma superfície é fundamental para entender a camada limite meteoro1ógica e
climato1ógica de uma área. O balanço de energia de uma superfície urbanizado é
6
definido como um volume que contém os elementos da superfície do dossel, o ar
entre os elementos do dossel e na direção do chão, com uma profundidade suficiente
para assegurar que as trocas verticais de calor sejam insignificantes durante o período
de estudo.
A interação entre a atmosfera e os elementos do processo urbanos são
estudados em duas camadas limites principais: a Camada Limite Urbana (CLU),
escala local e de meso escala; bem acima da altura média dos telhados, que é
governada pela natureza da superfície urbana geral e a Camada Limite do Dossel
Urbano (CLD) com interações produzidas em micro escala, pelos processos que
operam nas ruas entre os edifícios até a média da altura dos prédios (nível dos
telhados). Abaixo podemos ver um esquema gráfico demonstrando em relação ao
meio urbano a localização destas camadas limites.
Figura 01 - Representação esquemática da atmosfera urbana: camada limite (CLU),
camada limite do dossel urbano (CLD); camada limite rural (CLR).
Fonte: OKE (1987)
Outro fato que demonstra ser importante ressaltar e como bem coloca
DUARTE (2000) é que até pouco tempo os principais esforços na área chamada da
arquitetura bioclimática estavam voltados para o desempenho higrotérmico dos
edifícios, e pouco tinha sido feito visando uma adequação climática do espaço
urbano e melhoria das condições de conforto nos espaços públicos, apesar dos
princípios já largamente difundidos pela Carta de Atenas, da obrigatoriedade do
planejamento regional e urbano, da submissão da propriedade privada do solo urbano
aos interesses coletivos, da limitação do tamanho e da densidade das cidades, da
7
edificação concentrada, porém adequadamente relacionada com amplas áreas de
vegetação, da separação da circulação de veículos e pedestres, etc.
“Além das questões relacionadas ao consumo de energia é consenso entre
os pesquisadores a grande responsabilidades do planejamento e dos
projetos urbanos e de edificações no controle da qualidade do clima da
cidade, com repercussões diretas sobre a qualidade de vida urbana”,
(ASSIS, 1990).
Em relação da influência do clima nas edificações DUARTE (2000) coloca
que as alterações climáticas relacionadas ao meio ambiente urbano provocam
mudanças no regime de chuvas e fluxo de ventos, gerando ilhas de calor e de frio,
provocando um aumento no consumo de energia para a climatização artificial dos
edifícios, além de desconforto para a população.
Para se ter um melhor aproveitamento energético de uma edificação deve-se
atender a necessidades dependentes ao clima regional e suas características, como
coloca OLGYAY (1998), voltado ao clima externo demonstra que em função dos
numerosos microclimas existentes em uma região, deve-se dar especial atenção à
implantação de uma edificação, disso resultando maior ou menor ganho de radiação
solar e, particularmente nas regiões quentes e úmidas, possibilidade de conforto
térmico interno, através da ventilação natural via aproveitamento eficiente da direção
predominante do vento.
Já GIVONI (1998) afirma que são muitas as características, em um projeto de
arquitetura, que afetam a edificação, pelo que indica quatro formas de interação da
construção em seu meio ambiente:
1° A efetiva exposição solar dos elementos envidraçados ou opacos que
pertencem ao envelope (suas paredes e cobertura);
2° O efetivo ganho de calor solar do edifício;
3° A taxa de ganho ou perda condutiva ou convectiva de calor para o
ambiente;
4° O potencial para ventilação natural e resfriamento passivo do edifício.
8
Afirma ainda que as principais características que afetam algumas ou todas
essas interações do edifício com o meio ambiente são:
a - Forma do edifício;
b - Orientações e condições de sobreamento das janelas;
c - Orientação e cor das paredes;
d - Tamanho e localização das janelas sob aspecto de ventilação;
e - Efeito da condição de ventilação da edificação na sua temperatura interna.
Em climas onde o nível de conforto necessita de elementos consumidores de
energia como condicionadores de ar ou aquecedores uma adequação arquitetônica às
necessidades regionais podem trazer ganhos consideráveis na qualidade da
edificação, assim como uma racionalização dos espaços e um ganho energético
considerável, tornando estes elementos mais independentes de fontes externas.
Como bem coloca ORNSTEIN (1992) o desempenho é uma propriedade que
caracteriza quantitativamente o comportamento de um produto em uso, entretanto, na
arquitetura, o desempenho pode ser entendido como o resultado obtido na proposta
de servir o homem, onde, particularmente com respeito ao conforto térmico,
pesquisas são desenvolvidas e aperfeiçoadas.
ROULET
*
apud ANDREASI (2001) afirma que um edifício bem adaptado
tem bom isolamento térmico, apropriado ganho solar passivo e adequado sistema de
ventilação, provendo conforto sem outra fonte de energia que a do sol durante a
maior parte do ano. Com isso, a energia adicional necessária tanto para aquecimento
quanto para resfriamento é extremamente reduzida.
Estes artifícios arquitetônicos ficam cada vez mais evidentes em projetos de
arquitetura, demonstrando ser a nova tendência na área, atendendo a necessidades
mundiais de ganhos energéticos e conseqüentemente de conforto para os usuários de
edificações, sendo a melhor indicação para concepção de partidos arquitetônicos.
Seguindo a esta tendência há alguns anos já temos pesquisas buscando
alternativas para trazer melhorias às edificações. A criação de softwares de análise
climática tem se demonstrado uma alternativa interessante para esta concepção, mas
*
ROULET, C. Indoor Environment quality in Buildings and its impact on outdoor environment.
Energy and Buildings, vol. 33, 2001 pp. 183-191.
9
ainda são necessários um maior avanço e padronização entre estes, pois como bem
colocam RAUBER et al. (1993) em seus estudos de simulação para diferentes climas
analisando salas comerciais utilizando softwares de simulação térmica demonstrou
que estes programas apresentam resultados diferenciados independente do tipo de
clima utilizado na simulação, não havendo em nenhum momento um consenso nos
resultados. Não se pode, portanto, determinar a validade dos resultados devido à
ausência de um padrão de comparação, ou seja, a utilização destes softwares para a
simulação da influência dos sistemas em evidência em nosso estudo não se
demonstra vantajosa já que põe em dúvida a veracidade dos resultados obtidos.
O desenvolvimento de estudos em relação ao conforto dos ambientes tem se
ampliado muito sendo que entre estes podemos destacar XAVIER (1997), que em
seu estudo sobre temperatura interna de conforto na atividade escolar analisou a
partir de dados práticos o número real de insatisfeitos de um ambiente, através de
entendimento diferenciado de seus votos de sensação térmica, assim como a
determinação da temperatura de conforto utilizando-se de um método de regressão
não linear entre temperatura operativa e percentagem de insatisfeitos, contrariando a
Norma ISO 7730 (1984) que propõe uma análise analítica para obtenção dos índices,
enquanto estudos de campo sugeriram uma análise gráfica através de linhas de
regressão linear.
Seguindo este conceito BARBOSA (1997) desenvolveu uma metodologia
para avaliar o desempenho térmico em edificações residenciais uni familiares ao
clima de Londrina – PR, mas que pode ser aplicada a outros tipos de climas, sendo o
requisito de avaliação adotado o limite máximo aceitável de horas anuais de
desconforto no qual as temperaturas estão fora da zona de conforto térmico de
Givoni e aplicada em tipologias construtivas de COHABs no Brasil. A partir desta
metodologia inovadora criou-se então o critério de quantificação de horas anuais de
desconforto denominado de método das horas anuais de desconforto o qual
demonstrou resultados viáveis para a análise destas edificações.
O confrontamento entre sistemas com mesma finalidade é uma ferramenta
importante para o desenvolvimento de novas tecnologias para edificações com
demonstrou MACIEL (2002) em seu estudo nos edifícios da Câmara Legislativa do
Distrito Federal em Brasília, fazendo uma análise comparativa de dados de
10
temperatura e umidade nas salas destas edificações, com a aplicação de estratégias
alternativas de climatização em alguma delas, tornando possível a eficiência das
soluções arquitetônicas do prédio e de sistemas mais econômicos de climatização
como o de resfriamento evaporativo, demonstrando que a utilização de isolamento
térmico em conjunto com resfriamento evaporativo configura uma solução bastante
viável para o caso além de aumento do número de satisfeitos nos ambientes a partir
do uso do método alternativo.
Em relação ao sistema construtivo analisado nesta pesquisa temos referências
de que MENDES et al. (1997) estudaram a influência da umidade nas cargas de
resfriamento de paredes submetidas a condições de chuva, radiação solar, convecção
e mudança de fase, analisando a dependência com o tempo, dos perfis de conteúdo
de umidade e de temperatura e das cargas de resfriamento em paredes de diferentes
materiais numa semana de verão em Florianópolis (clima quente e úmido). Neste
trabalho demonstrou que a presença de umidade pode provocar grandes erros nos
cálculos de transferência de calor por condução, e ainda, que paredes em um clima
quente e úmido ao secar geram uma alta carga latente com o acionamento de
condicionadores de ar.
Como podemos ver torna-se importante o estudo isoladamente de painéis
verticais (paredes), pois estes são elementos importantes no condicionamento de um
ambiente, pois tem contato com o meio externo e interno, sendo elemento de
comunicação entre estes. Dentre estes sistemas construtivos podemos citar uma
recente tecnologia onde as paredes são preenchidas por blocos de EPS, tecnologia em
evidência em nosso estudo.
Uma primeira análise a respeito do funcionamento térmico de uma edificação
utilizando este sistema foi feita por FINGER (2003), que realizou pesquisas na
primeira residência edificada utilizando um sistema de painéis compostos por blocos
de EPS na região de Cuiabá - MT, avaliando o desempenho térmico desta edificação
para o clima característico de altas médias de temperaturas durante todo o ano,
analisando variáveis obtidas in locu com equipamentos adequados e aplicando em
quatro diferentes métodos de avaliação de conforto térmico, sendo eles: Índice de
Temperatura Efetiva, Índice de Conforto Equatorial, Índice de Bulbo Úmido
Termômetro de Globo (NR-15) e Método de Fanger (ISO 7730, 1984; ISO10551,
11
1995), os resultados mostraram que a edificação atendeu neste estudo às condições
de conforto para os três primeiros métodos em todos os horários da manhã e tarde e
algum período noturno, porém para o Método de Fanger a edificação se encontrou
fora da zona de conforto térmico.
Porém ainda não havia uma comparação deste sistema com o atualmente mais
utilizado para se edificar painéis, a tecnologia da alvenaria de tijolos cerâmicos de
oito furos, para que se tenha real valor de ganhos energético e de conforto, pois
segundo HERTZ (1998) em climas quentes é recomendável a construção de paredes
que isolem os habitantes do calor externo, sendo conveniente manter a temperatura
das paredes interiores mais baixa que a temperatura da pele, de tal maneira que o
corpo possa perder calor por radiação até as superfícies mais frescas. Quando a
temperatura das paredes ou do teto ultrapassa os 28,4
o
C, há um alto nível de
desconforto. Assim, embora o interior seja fresco, graças à ventilação, as paredes
aquecidas tornam o ambiente desagradável. Além disso, nessa zona, com a pequena
mudança nas temperaturas diárias e no índice de umidade, as paredes não devem ser
maciças, para não dificultar o controle da temperatura do ambiente interno. Na
realidade as paredes maciças podem retardar o resfriamento do interior quando há
uma queda da temperatura externa durante a noite.
Dessa forma torna-se importante uma determinação de um sistema
construtivo ideal para ser utilizado em nossa região, pois como coloca
CRITCHFIELD
*
apud AYOADE (1998) a saúde humana, a energia e o conforto são
afetados mais pelo clima do que por qualquer outro elemento do meio ambiente. As
funções fisiológicas do homem respondem às mudanças do tempo atmosférico.
Certas doenças são induzidas pelo clima em tempos diferentes.
Ainda segundo AYOADE (1998) os elementos do clima que afetam
diretamente as funções fisiológicas do homem incluem radiação (insolação),
temperatura, umidade, vento e pressão atmosférica. O conforto fisiológico do homem
é determinado principalmente pela temperatura, pelo vento e pela umidade.
Diferenças na sensação de conforto entre indivíduos expostos às mesmas ou
similares condições climáticas são ocasionadas por variações na idade, estada de
*
CRITCHFIELD, H. J. General Climatology. New Jersey, Prentice-Hall Inc., 1974.
12
saúde, atividade física, tipo e quantidade do vestuário, experiências climáticas
passadas ou grau de aclimatação.
Portanto, o estudo das propriedades físicas dos materiais torna-se importante,
pois são ferramentas importantes na caracterização dos mesmos, assim como na
composição de sistemas construtivos.
2.2 – PROPRIEDADE FÍSICA DOS MATERIAIS
Segundo INCROPERA & WITT (1992) quando temos a transferência de
energia de uma região onde existem partículas mais energéticas para outra região
com partículas menos energéticas em uma devida substância, devido à interação das
partículas constitui o fenômeno físico da condução. Este sendo essencial para a
concretização de nossos experimentos, pois como ilustrado na Figura 02 em um
mesmo sólido possuímos duas faces, as quais apresentam Temperaturas Radiantes
Médias diferenciadas devido a fatores ambientais, portanto, a partir do que foi
descrito a troca energética se realiza fazendo com que a condutividade térmica dos
materiais que compõem os sistemas seja fato importante para o resultado final no
comparativo entre estes.
>
2
TT
1
T
21
T
Figura 02 - Condução através de um sólido homogêneo.
Fonte: INCROPERA & WITT (1992)
13
É possível quantificar o processo de transferência de calor em termos da
equação da taxa apropriada. A equação pode ser usada para calcular-se a quantidade
de energia transferida por unidade de tempo. Na condução do calor, a equação da
taxa é conhecida como Lei de Fourier. No caso da parede plana unidimensional que
aparece na Figura 03, com a distribuição de temperatura T(x), a equação da taxa
exprime-se como:
onde:
q”x = fluxo de calor;
K = constante de proporcionalidade;
dT/dx = gradiente de temperatura.
T1
T
q"x
T2
L
x
T(x)
Figura 03- Transferência de calor por condução unidimensional (difusão de energia).
Fonte: INCROPERA & WITT (1992)
O fluxo de calor q”
x
(W/m²) é a taxa de transferência de calor na direção x
por unidade de área perpendicular à direção da transferência, e é proporcional ao
gradiente de temperatura dT/dx, nesta direção. A constante de proporcionalidade k é
uma propriedade de transporte conhecida como condutividade térmica (W/m.K) e é
característica do material da parede. O sinal menos é uma conseqüência de o calor se
transferir na direção da temperatura decrescente. Nas condições de estado
permanente da Figura 03, quando a distribuição de temperatura for linear, o gradiente
de temperatura pode ser expresso como:
01Equação
−
dx
dT
Kxq −="
14
e o fluxo de calor então:
ou
onde:
q”x = fluxo de calor;
K = constante de proporcionalidade;
dT/dx = gradiente de temperatura;
T = temperatura;
L = largura do material.
Observe que esta equação dá o fluxo de calor, isto é, a taxa de transferência
de calor por unidade de área. A taxa de condução de calor, q
x
(W) através de uma
parede plana de área A é então o produto do fluxo pela área, q
x
=q
x
”.A.
Segundo FROTA & SCHIFFER (2001) o coeficiente K (Coeficiente Global
de Transmissão Térmica) quantifica a capacidade do material de ser atravessado por
um fluxo de calor induzido por uma diferença de temperatura entre dois ambientes
que o elemento constituído por tal material separa (W/m²°C). Define-se como sendo
“o fluxo que atravessa, na unidade de tempo, a unidade de área do elemento
L
TT
dx
dT 12
−
=
L
TT
Kxq
12
"
−
−=
L
T
K
L
TT
Kxq
Δ
=
−
=
12
'
02Equação
−
03Equação
−
04Equação
−
15
constituído do material, quando se estabelece uma diferença unitária de temperatura
entre o ar confinante com suas faces opostas”.
Segundo FINGER (2003) nos casos de paredes heterogêneas, em que os
elementos da construção se constituem de várias camadas de materiais diferentes, a
expressão de cálculo considera essa heterogeneidade incluindo a somatória das
relações espessura (e) / condutividade térmica (λ), ou o inverso das condutâncias, ou
das resistências térmicas específicas das sucessivas camadas constituintes do
elemento.
Pela Figura 04, a determinação de K para a parede heterogênea da figura
seria:
onde:
K = Coeficiente global de transmissão térmica;
he = Coeficiente de condutância térmica superficial externa;
hi = Coeficiente de condutância térmica superficial interna;
λ = Coeficiente de condutibilidade térmica do material;
e = espessura.
2
1
3
e1 e2 e3
EXT. INT.
hihe
tite
ei
Figura 04 - Esquema explicativo para determinação de K para paredes heterogêneas
em espessura.
Fonte: FROTA & SCHIFFER (2001)
)/(m²
3
3
2
2
1
111
WC
eee
he
K
°++==
λ
λ
λ
05Equação
−
16
Em nosso estudo o fenômeno físico da Radiação tem importância
fundamental para o funcionamento geral de todo o sistema, sendo que podemos
entender este, a partir do que coloca INCROPERA & WITT (1992), que a radiação
térmica é a energia emitida pela matéria que estiver numa temperatura finita. Embora
a nossa atenção fique focalizada principalmente na radiação de superfícies sólidas, a
emissão pode também ocorrer de líquido e gases. Independentemente do estado da
matéria, a emissão pode ser atribuída às modificações das configurações eletrônicas
dos átomos ou das moléculas que as constituem. A energia do campo de radiação é
transportada pelas ondas eletromagnéticas (ou por fótons, numa outra linguagem).
Enquanto a transferência de calor por condução ou por convecção exige a presença
de um meio material, a radiação não precisa de qualquer meio. Na realidade, a
transferência pela radiação ocorre com maior eficiência no vácuo (Figura 05).
Superfície de emessividade
área A na temperatura Ts
viz
a T
Vizinhanças
líquida
Troca
radiativa
q
rad
conv
q
convectiva de calor
Transferência
8
T ,h
Ar
Figura 05 - Troca radiativa entre uma superfície e as suas vizinhanças.
Fonte: INCROPERA & WITT (1992)
Segundo CAMPBELL (1977) toda a superfície emite radiação
proporcionalmente a quarta potência da sua temperatura absoluta (em graus Kelvin).
A quantidade de energia emitida é proporcional à área da superfície e ao intervalo de
tempo considerado.
17
Quando a radiação incide numa superfície pode ser absorvida, transmitida e
refletida. A soma dessas três quantidades será sempre igual ao total de energia
incidente, de tal forma que se as frações forem denominadas α,ρ e τ então:
onde:
α = é o coeficiente de absorção;
ρ = é o coeficiente de reflexão ou albedo;
τ = é o coeficiente de transmissão.
Baseados em CAMPBELL (1977), pode-se imaginar uma superfície que
absorve toda a radiação incidente, assim α = 1 e ρ = 0. Como uma superfície desse
tipo não seria percebida pela nossa visão (ρ = 0) essa superfície é chamada “corpo
negro”.
Ainda segundo CAMPBELL (1977) a lei que governa a emissão de radiação
de um corpo negro foi descoberta empiricamente por Stefan e posteriormente
demonstrada teoricamente por Boltzmann. A lei Stefan-Boltzmann diz que as
quantidades de radiação emitidas pelo corpo negro por unidade de área e de tempo
são dadas por:
onde:
R = é a densidade do fluxo de radiação (Wm
-2
);
T = é a temperatura absoluta do corpo negro (K);
σ = é a constante de Stefan-Boltzmann (5,67 x 10
-8
Wm
-2
K
–4
);
ε = é a emissividade da superfície (de 0 a 1).
4
.. TR
σε
=
1=++
τ
ρ
α
06Equação
−
07Equação
−
18
A Tabela 01 mostra variações do albedo e da emissividade para os principais
materiais urbanos:
Tabela 01 - Propriedades radiativas de materiais urbanos.
Superfície
ρ Albedo ε Emissividade
1. Ruas com asfalto 0.05 – 0.20 0.95
2. Paredes
Concreto
Tijolos
Pedras
Madeiras
0.10 - 0.35
0.20 - 0.40
0.20 – 0.35
0.71 – 0.90
0.90 – 0.92
0.85 – 0.95
0.90
3. Telhados
Piche e Cascalho
Telhas
Ardósia
Sapé, Folhagem
Chapa Ondulada
0.08 – 0.18
0.10 – 0.35
0.10
0.15 – 0.20
0.10 – 0.16
0.92
0.90
0.90
0.13 – 0.28
4. Janelas
Vidros Claros Zenit.
Ângulo menor 40º
Ângulo de 40 a 80º
0.08
0.09 – 0.52
0.87 - 0.94
0.87 – 0.92
5. Pinturas
Brancas, Caiadas
Vermelha, Marron,
Verde
Pretas
0.50 – 0.90
0.20 – 0.35
0.02 – 0.15
0.85 – 0.95
0.85 – 0.95
0.90 – 0.98
Fonte: OKE (1987)
2.3 – O EPS (POLIESTIRENO EXPANDIDO)
A ABRAPEX (2003) em sua home page faz alguns comentários sobre o EPS
(poliestireno expandido), como podemos ver a seguir:
EPS é a sigla internacional do Poliestireno Expandido, de acordo com a
Norma DIN ISO-1043/78. No Brasil, é mais conhecido como "Isopor®", marca
19
registrada da Knauf Isopor Ltda., e designa, comercialmente, os produtos de
poliestireno expandido, comercializados por essa empresa. Foi descoberto em 1949
pelos químicos Fritz Stastny e Karl Buchholz, quando trabalhavam nos laboratórios
da Basf, na Alemanha.
É um plástico celular rígido, resultante da polimerização do estireno em água.
Em seu processo produtivo não se utiliza e nunca se utilizou o gás CFC ou qualquer
um de seus substitutos. Como agente expansor para a transformação do EPS,
emprega-se o pentano, um hidrocarbureto que se deteriora rapidamente pela reação
fotoquímica gerada pelos raios solares, sem comprometer o meio ambiente.
O EPS tem inúmeras aplicações em embalagens industriais, artigos de
consumo (caixas térmicas, pranchas, porta-gelo etc.) e até mesmo na agricultura. É
na construção civil, porém, que sua utilização é mais difundida.
O material é comprovadamente um material isolante. Sem ele, os países mais
evoluídos não construiriam de modo atualizado e econômico, visando à economia de
energia.
Sendo que suas principais vantagens são:
a - Baixa Condutividade Térmica;
b - Baixo Peso;
c - Resistência Mecânica;
d - Baixa Absorção de água;
e - Facilidade de Manuseio;
f - Versatilidade;
g - Resistência ao Envelhecimento;
h - Absorção de Choques;
i - Resistência à Compressão.
As aplicações do EPS na construção civil são extraordinariamente variadas,
sendo importante salientar que este, além de ser um excelente material de isolamento
térmico, pode também ser um sistema construtivo.
20
São os mais diversos os exemplos do emprego de EPS em sistemas isolantes
de coberturas, paredes e pavimentos, tal como em todo o tipo de obras, desde os
grandes viadutos, estradas, grandes edifícios até à pequena moradia.
As principais características do EPS tornam-no num material especialmente
apropriado para uma utilização como isolante, elemento de enchimento, substrato
para a realização de formas decorativas de acabamento e para muito mais.
E ainda, ao substituir elementos construtivos "tradicionais", obtemos edifícios
com um melhor rendimento energético, logo com um melhor comportamento face ao
meio ambiente.
Não é conhecido o limite de idade do EPS. Os estudos realizados sobre as
soluções construtivas do EPS correntes confirmam esta afirmação. No entanto, as
propriedades do EPS impõem as suas correta aplicação para que seja garantido um
desempenho adequado ao longo do tempo.
O EPS não tem limite na exposição a baixas temperaturas; a temperatura
mínima de utilização corresponde à da liquefação dos gases componentes do ar
contido nas células.
No entanto, como todos os plásticos, o EPS tem um limite superior de
exposição à temperatura. Este limite varia em função do tempo de exposição à
temperatura e das cargas a que o EPS for sujeito. A temperatura máxima do EPS
poderá ultrapassar os 100° C em exposições muito curtas, baixando para 80-85° C
em situações de exposição prolongada com a aplicação de cargas elevadas.
Com a aplicação de temperaturas mais elevadas a estrutura celular do EPS
começa a fundir, permitindo a saída do ar, conseqüentemente causando a perda de
espessura e das propriedades isolantes.
2.4 – MATERIAIS CERÂMICOS
Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não-metálicos, obtidos
geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas.
21
Segundo ALVES (1974) esta é a classificação dos materiais cerâmicos para
construção civil:
a - Porosos
a1 - Olaria(tijolos, telhas, ladrilhos, azulejos, pastilhas e manilhas);
a2 - Louça (Calcárea, Feldspática e Sanitária).
b - Não Porosos
b1 - Grês Cerâmico;
b2 - Porcelana.
A ABC (2003) comenta que os processos de fabricação empregados pelos
diversos segmentos cerâmicos assemelham-se parcial ou totalmente. O setor que
mais se diferencia quanto a esse aspecto é o do vidro, embora exista um tipo de
refratário (eletrofundido), cuja fabricação se dá através de fusão, ou seja, por
processo semelhante ao utilizado para a produção de vidro ou de peças metálicas
fundidas. Esses processos de fabricação podem diferir de acordo com o tipo de peça
ou material desejado. De um modo geral eles compreendem as etapas de preparação
da matéria-prima e da massa, formação das peças, tratamento térmico e acabamento.
No processo de fabricação muitos produtos são submetidos a esmaltação e
decoração. As fases são compreendidas por:
a - Preparação da Matéria-Prima;
b - Preparação da Massa;
c - Formação das Peças;
d - Tratamento Térmico;
e - Acabamento;
f - Esmaltação e Decoração
22
Segundo a ANICER (2003) são dois os tipos de blocos cerâmicos utilizados
na construção civil, produzidos no Brasil.
a - Bloco de vedação
São aqueles destinados a execução de paredes que suportarão o peso próprio
e pequenas cargas de ocupação (armários, pias, lavatórios, etc), geralmente utilizados
com furos na horizontal e com atual tendência ao uso com furos na vertical.
b - Blocos estruturais ou portantes
São aquelas que além de exercerem a função de vedação, também são
destinados as execuções de paredes que constituirão a estrutura resistente da
edificação (podendo substituir pilares e vigas de concreto). Estes blocos são
utilizados com os furos sempre na vertical.
Quando apresentam elevada resistência mecânica, padronização das
dimensões, concorre técnica e economicamente com as estruturas de concreto
armado.
Podemos observar como vantagens do uso dos blocos cerâmicos o seguinte:
a - Leveza (decréscimo do custo das fundações);
b - Isolamento térmico e acústico;
c - Propicia a construção racionalizada;
d - Simplifica o detalhamento de projetos, facilitando a integração dos
mesmos;
e - Diminuição do desperdício dos materiais (componente, argamassa de
assentamento e reboco);
f - Decréscimo na espessura de revestimento (emboço ou reboco);
g - Canteiro de obra menos congestionado e espaço mais limpo;
h - Facilita a prumada das paredes;
i - Permite a utilização de componentes pré-moldados (vergas, contra-vergas
etc);
j - Facilita a execução das instalações hidrossanitárias e elétricas, no caso de
blocos especiais (aqueles que apresentam espaços pré-definidos para as
instalações).
23
As alvenarias estruturais com blocos cerâmicos possuem bom desempenho
térmico e maior durabilidade que as alvenarias com outros tipos de blocos, uma vez
que nas primeiras, as deformações em função das variações térmicas são
extremamente inferiores.
Segundo BAUER (1994) é bastante extensa a faixa de variação de
propriedades das cerâmicas, dependendo da constituição, cozimento, processo de
moldagem etc, sendo que a resistência mecânica depende muito da quantidade de
água usada na moldagem. O excesso de água lava as partículas menores, que mais
facilmente fundirão para formar o vidrado.
Ainda segundo BAUER (1994) a resistência à compressão mínima dos blocos
de vedação ou estrutural, relacionada à área bruta, deve atender aos valores indicados
na Tabela 02, a seguir:
Tabela 02 - Resistência à compressão mínima dos blocos de vedação ou estrutural.
CLASSE RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO NA ÁREA BRUTA (MPa)
10 1,0
15 1,5
25 2,5
45 4,5
60 6,0
70 7,0
100 10,0
Fonte: BAUER (1994)
Baseando-se nestas duas tecnologias de sistemas construtivos descritos
anteriormente faremos um comparativo entre seus rendimentos como isolantes
térmicos, baseando-se nas características climáticas da região em estudo, como
podemos ver no próximo capítulo.
24
3 – ÁREA DE ESTUDO
Torna-se importante à demonstração da área determinada para o nosso
estudo, assim como sua caracterização, pois estes serão os parâmetros necessários
para uma análise real da influência destes nos sistemas construtivos analisados.
Inicialmente podemos fazer uma introdução a respeito do comportamento do
ambiente urbano, além da interferência de fatores ambientais no clima de uma
região.
“A latitude de uma região, associada à época do ano, vai determinar o
ângulo de incidência dos raios de sol com relação ao plano do horizonte
do lugar. A topografia afeta a temperatura do ar, em nível local, isto é,
além da natural diferença de radiação solar recebida por vertentes de
orientações distintas, um relevo acidentado pode se constituir em
barreira aos ventos, modificando, muitas vezes, as condições de umidade
e de temperatura do ar em relação à escala regional”, (FROTA &
SCHIFFER, 2001).
O revestimento do solo indeferira nas condições climáticas locais, pois
quanto maior for a impermeabilização deste, maior será seu armazenamento de
energia. O ar é mau condutor térmico, de modo que um solo mais seco se esquenta
mais depressa durante o dia, mas à noite devolverá o calor armazenado rapidamente,
provocando uma grande amplitude térmica diária.
Assim, baseando-se em OKE (1987) podemos dizer que um solo concretado
ou asfaltado armazenará grandes quantidades de calor durante o dia que será liberado
por condução para o ar em contato com a superfície durante a noite.
Além disso, outras alterações são sentidas a nível urbano, uma vez que os
materiais de revestimento do solo, não só nos calçamentos das ruas, mas ao nível das
edificações, alteram sobremaneira as condições de porosidade e, conseqüentemente,
de drenagem do solo, acarretando alterações na umidade e pluviosidade local.
25
3.1 - LOCALIZAÇÃO E CARACTERIZAÇÃO CLIMÁTICA
REGIONAL
O Estado de Mato Grosso localizado entre os paralelos de 7º20'39” e
18º00'00” de latitude sul e os meridianos de 50º13'48” e 61º31'00” de longitude oeste
de Gr reflete as condições climáticas tropicais sob a influência da continentalidade. A
cidade de Cuiabá, capital do estado está situada entre as coordenadas geográficas de
15°10´ - 15°50' de Latitude sul e 54°50' - 58°10' de Longitude Oeste, conforme pode
ser visualizado na Figura 06.
MT
MT
LOCALIZAÇÃO NA AMÉRICA DO SUL
N
Figura 06 - Localização de Cuiabá.
Fonte: INTERMAT (2000).
Referindo-se ao estado de Mato Grosso, quanto às suas características
climáticas MAITELLI (1994) explica que as condições térmicas regionais são
comandadas pela posição continental, extensão latitudinal, relevo e sistemas de
circulação atmosférica. Em função da variação da latitude e da posição em relação à
26
passagem de correntes de ar frio de origem polar. Nas estações de primavera e verão
encontramos temperaturas, em sua grande maioria, bem elevadas, principalmente na
primavera, quando o sol passa pelos paralelos da região dirigindo-se para o Trópico
de Capricórnio e também pela baixa umidade relativa do ar, pois a estação das
chuvas ainda não teve inicio. No inverno, é registrado tempo estável, grande secura
do ar, altas amplitudes térmicas diárias e elevadas temperaturas. Entretanto,
freqüentemente ocorrem baixas temperaturas resultantes da ação direta do
Anticiclone Polar que origina c fenômeno da "friagem" e cuja duração é de dois a
três dias.
“Outra característica climática importante é o ritmo sazonal bastante
marcado, com uma nítida estação seca, no período do inverno. As
temperaturas são constantemente altas, com pequenas diferenças
durante o ano. O mês mais quente (setembro ou outubro) pode vir antes
do período chuvoso (outubro a março), no qual as nuvens e precipitações
mais pesadas tendem a baixar a temperatura”, (DUARTE, 2000).
Geralmente pode-se identificar três períodos distintos devido à temperatura:
a - estação seca e mais fresca, no inverno;
b - estação seca e a mais quente, um pouco antes das chuvas;
c - estação úmida e quente, durante as chuvas de verão.
MAITELLI (1994) ainda coloca que como a temperatura não varia muito, a
precipitação torna-se o elemento fundamental para diferenciar os tipos climáticos nas
baixas latitudes. O regime de chuvas em toda a região Centro-Oeste deve-se quase
que exclusivamente aos sistemas regionais de circulação atmosférica. A influência do
relevo é de tão pouca importância que não chega a interferir nas tendências gerais
determinadas pelos fatores dinâmicos. De maneira geral, as precipitações máximas
ocorrem durante o verão, e as mínimas, no inverno, com baixos índices nos meses de
junho, julho e agosto. Em quase toda a região Centro-Oeste, mais de 70% do total de
chuvas acumuladas durante o ano precipitam-se de novembro a março, com trimestre
mais chuvoso de janeiro a março, no centro e novembro-dezembro-fevereiro, no sul.
27
Na estação chuvosa ocorrem violentas tempestades, provocando inundações,
entremeadas por períodos de transição sob o calor do sol intenso.
Para as características do clima da região é importante ressaltar que o valor da
umidade relativo (UR%) é inversamente proporcional aos valores observados na
temperatura do ar (T
o
C), ou seja, os meses de setembro e outubro que encontram as
menores médias de umidade relativa são característicos por apresentar altas médias
de temperaturas apesar de estarem nas estações de inverno e primavera.
3.1.1 - O município e o sítio urbano de Cuiabá - caracterização geral
Segundo ROSS E SANTOS (1982) o município de Cuiabá, com uma
extensão territorial de aproximadamente 3.224 Km², está situado entre as
coordenadas geográficas de 15°10´ - 15°50' de Latitude sul e 54°50' - 58°10' de
Longitude Oeste, na porção centro-sul do Estado de Mato Grosso, na região
denominado depressão cuiabana.
Em sua tese MAITELLI (1994) faz considerações a respeito da topografia da
depressão cuiabana sendo esta, um modo geral, rampeada com inclinação de norte
para sul. A altimetria da área está em torno de 200 metros no limite sul e atinge até
452 metros no alto vale dos rios Cuiabá e Manso. A cidade de Cuiabá, dentro da
depressão cuiabana, tem altitude média de 250 metros e nas suas partes norte e leste
atingem 450 metros.
A cobertura vegetal da cidade tem em sua maioria constituição característica
do cerrado, além das matas ciliares que margeiam os córregos e rios da região.
A Planta da cidade está evidenciada na Figura 07, indicando os locais dos
experimentos, baseando-se em dados do IPDU (Instituto de Pesquisa e
Desenvolvimento Urbano) da Prefeitura Municipal de Cuiabá coletados no ano de
1997.
28
1500m 3000
m
0m
NORTE
2a FASE
1a FASE
Figura 07 - Planta da cidade de Cuiabá, indicando os locais do experimento.
Fonte: IPDU – Prefeitura Municipal de Cuiabá (1997)
29
3.1.1.1 – Registros de dados climáticos
Segundo MAITELLI (1994) em Cuiabá as pesquisas meteorológicas são
realizadas desde 1901 pelo Observatório Dom Bosco, fundado e mantido pelos
padres salesianos. Em 1911 o Observatório integrou-se ao INMET (Instituto
Nacional de Meteorologia), e continuou sendo operado pelos salesianos até 1966.
Com o fechamento do Observatório Dom Bosco em dezembro desse ano, o arquivo
existente foi transferido para o 9° Distrito de Meteorologia, e as medições passaram a
ser feitas pelo INMET, atual DNMET (Departamento Nacional de Meteorologia), do
Ministério da Agricultura e Reforma Agrária. O posto localiza-se na cidade vizinha
de Várzea-Grande, a menos de 1Km após a travessia da ponte sobre o Rio Cuiabá, o
qual divide as cidades e está próximo a Região Central de Cuiabá.
Na Tabela 02 podemos observar as médias mensais de variáveis climáticas
coletadas pela estação climatológica do 9° Distrito de Meteorologia entre os anos de
1970 e 2002.
Tabela 3 - Médias mensais de variáveis climáticas observadas em Cuiabá no Período
de 1970-2002.
MESES TEMPERATURA DO
AR
UMIDADE
RELATIVA DO AR
PRECIPITAÇÃO
MED.
MAX.
MED.
MIN.
MED.
COMP
(%) ALTURA TOTAL
mm
JANEIRO 32,7 23,4 26,8 81,0 215,4
FEVEREIRO 32,6 23,1 26,4 83,0 218,4
MARÇO 32,3 23,4 26,6 82,0 221,8
ABRIL 32,8 22,6 26,2 81,0 134,8
MAIO 31,6 20,2 24,6 79,0 57,4
JUNHO 30,9 18,0 23,2 76,0 24,1
JULHO 31,8 16,7 23,0 69,0 10,7
AGOSTO 33,8 18,5 24,9 64,0 18,5
SETEMBRO 34,0 21,3 26,3 67,0 67,0
OUTUBRO 34,1 23,0 27,6 70,0 117,2
NOVEMBRO 33,3 23,2 27,2 76,0 183,2
DEZEMBRO 32,7 23,5 26,9 80,0 200,9
Fonte: 9° Distrito de Meteorologia – INMET (2002)
Adaptação: Laboratório de Climatologia/GEO/UFMT.
Baseando-se, ainda em dados coletados pelo 9° Distrito de Meteorologia
podemos observar na Tabela 03 as médias anuais para as variáveis climáticas para a
Cidade de Cuiabá também entre os anos de 1970 e 2002, demonstrando que temos,
30
como característico marcante de nossa região altos valores de temperatura máxima,
independentemente do ano, sendo este fato de suma importância para o
desenvolvimento desta pesquisa.
Tabela 04 - Médias anuais de variáveis climatológicas observadas em Cuiabá no
período de 1970-2002.
ANOS
Tar (°C) Tmax (°C) Tmin(°C)
Tmax
Abs (°C)
Tmin Abs
(°C)
UR% PRECIP.
(mm)
1970 27,3 33,3 20,3 38,9 8,5 70 1307,1
1971 26,2 32,4 20,1 38,8 8,6 74 1247,8
1972 27,0 33,3 20,7 39,4 10,2 73 1477,4
1973 27,0 32,9 21,1 39,1 7,4 73 1388,8
1974 26,7 32,4 20,9 38,8 11,9 71 1356,2
1975 26,8 32,7 20,8 38,7 3,3 70 1275,8
1976 26,4 32,0 20,6 38,5 11,0 71 1280,2
1977 26,6 32,4 21,1 37,8 7,0 73 1561,8
1978 26,9 32,4 21,3 38,5 6,0 71 1528,9
1979 26,8 32,5 21,4 39,0 6,8 71 1257,3
1980 26,8 32,6 21,5 39,6 10,9 73 1614,9
1981 26,6 32,3 20,9 38,6 4,8 71 1246,3
1982 26,9 32,4 21,6 37,8 13,6 77 1264,4
1983 26,5 32,1 20,9 38,4 10,1 80 1594,7
1984 26,7 32,6 20,9 38,7 7,6 73 1246,3
1985 26,9 32,9 21,4 39,2 7,4 71 1247,4
1986 27,0 33,0 21,5 40,0 9,6 71 1408,8
1987 27,2 33,3 21,9 40,4 10,4 71 1385,2
1988 26,8 32,9 21,9 41,1 8,6 75 1704,1
1989 26,6 32,3 21,7 40,6 9,0 78 1790,5
1990 26,8 32,5 22,0 37,5 8,2 79 1585,1
1991 27,0 32,5 22,2 39,2 10,0 75 1614,6
1992 26,6 32,2 21,9 38,2 7,0 79 1446,6
1993 27,0 32,2 21,5 39,1 8,3 65 1042,3
1994 27,8 32,6 22,0 39,7 6,7 65 1329,8
1995 27,8 32,2 21,8 40,0 11,7 67 1281,4
1996 27,2 32,1 21,7 39,7 7,0 67 1222,0
1997 28,0 31,4 22,1 40,3 11,4 66 1184,3
1998 28,1 33,1 22,2 39,0 12,6 67 1172,4
1999 27,7 33,1 21,8 39,8 7,9 63 1555,1
2000 27,5 32,3 21,1 39,4 8,2 60 860,3
2001 26,3 32,5 20,5 39,0 9,7 72 1291,2
2002 26,5 33,5 20,8 39,8 10,9 71 1325,8
MÉDIAS 26,9 32,5 21,3 39,1 8,8 71 1366,5
Fonte: 9° Distrito de Meteorologia – INMET (2002).
Adaptação: Laboratório de Climatologia/GEO/UFMT.
31
3.1.2 – Localização das áreas escolhidas para coleta de dados
Para a primeira fase de pesquisa foram selecionadas duas edificações, sendo a
primeira com painéis verticais compostos por blocos de EPS e localizada no Bairro
Jardim Itália na cidade de Cuiabá e a segunda com painéis verticais composto por
tijolos cerâmicos de oito furos e localizada próximo à divisa entre os Bairro Jardim
Itália e Boa Esperança, sendo que ambas contém o mesmo uso, no caso residencial e
distantes aproximadamente 400 metros.
Ambos os Bairros estão localizados dentro do perímetro urbano de Cuiabá e
distante aproximadamente seis quilômetros da Região Central da Cidade e
apresentam configurações semelhantes, sendo de uso, na sua grande maioria
residencial, contendo infra – estrutura completa e caixa viária de doze metros, sendo
sete metros de leito carroçável (ruas) e cinco metros de passeio público (calçada),
sendo 2,50 metros de cada lado, respectivamente estes são cobertos por asfalto e
concreto.
Para a Segunda Fase foram construídos dois painéis lado a lado, separados
por 1,00 metro e edificados utilizando os mesmos sistemas construtivos estudados na
fase anterior. Estes foram localizados dentro do Campus da UFMT na cidade de
Cuiabá, bem ao lado de sua Estação Climatológica para que pudéssemos utilizar os
dados coletados instantaneamente neste local.
32
4 – MATERIAIS E MÉTODOS
4.1 – MATERIAIS
4.1.1 – Equipamento para obtenção da temperatura e umidade relativa
do ar
Para obtenção da Temperatura e Umidade Relativa do Ar utilizamos o
aparelho Thermo-higrômetro digital Higrotherm (Figura 08) TFA Ref. 7429; Kat n°
305000; ID n° 30010055; Escala: Temperatura -10°C - +60°C; Umidade 10% a 99%;
com erro máximo para a temperatura ± 1°C; e para a umidade ±5%, o qual forneceu
a umidade relativa máxima e mínima, temperatura do bulbo seco atual do ambiente e
a temperatura máxima e mínima registrada. Fazendo-se a leitura no display do
aparelho o qual demonstrava os valores coletados a partir de comandos nos botões
contidos em sua face.
Figura 08 - Thermo-higrômetro
Fonte: Relatos do autor
33
4.1.2 – Equipamento para obtenção da temperatura radiante média
Para a determinação das temperaturas superficiais dos painéis utilizamos
radiômetro Raynger II Plus (Figura 09) modelo R2PHRSC, sendo a leitura do painel
feita através de infravermelho que detecta ondas da energia radiante das superfícies.
O funcionamento do aparelho é bem simples, sendo que em seu visor
determinamos o valor da emissividade, sendo determinada por OKE (1987) em 92%
para painéis verticais revestidos com argamassa e, após a utilizada para leitura da
temperatura (no nosso caso graus Celsius). A partir do momento que acionamos o
gatilho do aparelho percorre-se toda a extensão do painel em evidência para
determinação da temperatura média de sua face, também temos como dados
dispostos no display do aparelho às temperaturas máxima e mínima e a diferença
entre estas, além da média.
Figura 09 - Radiômetro
Autor: Jonathan Moraes
4.1.3 – As edificações
Para o desenvolvimento deste estudo utilizamos duas edificações sendo
ambas de uso do tipo residencial, com características construtivas semelhantes,
exceto os painéis de fechamento vertical, e localizadas proximamente para que, na
medida do possível as mesmas influências climáticas, excetuando-se no sistema de
34
painéis de fechamento vertical (paredes) onde em um caso temos o sistema
construtivo composto por blocos de EPS e no outro caso o sistema construtivo
composto por blocos cerâmicos de oito furos.
4.1.4 – O painel vertical composto por EPS (Poliestireno Expandido)
O “EPS” (Poliestireno Expandido) compõe os painéis verticais como
enchimento em blocos maciços e de espessuras determinadas pelo Projeto de
Arquitetura, no nosso caso utilizou-se este com a secção de 100mm em placas com
dimensões de 1,00m x 3,00m, porém, para a confecção dos painéis houve um corte
na placa para que a mesma tivesse dimensões de 1,00m x 2,00m, que somada a outra
de mesma medida determinou a medida final do painel estudado, ou seja, 2,00m x
2,00m. Na edificação existente a secção das placas também foi de 100mm e com as
dimensões longitudinais adaptadas as necessidades do Projeto da mesma (Figura 10).
Figura 10 - Detalhe construtivo de um painel preenchido por EPS.
Fonte: Relatos do autor
Para a execução deste seguimos as recomendações da empresa ISOLITE
*
apud FINGER (2003) que coloca que o sistema acabado composto por um núcleo
central de poliestireno expandido (EPS), de espessura variável (sendo que no nosso
caso utilizamos um bloco de 100mm como citado anteriormente) recoberto em
ambas as faces com telas de aço eletro-soldadas, vinculadas entre si por meio de
*
www.isolite.com.br/corpo4.htm. Acessado em 20 jan. 2001
35
espaçadores do mesmo material a elas soldadas. A espessura do revestimento de
micro-concreto é em torno de 3cm em cada face. Podemos ver nas Figuras 10 e 11
detalhes construtivos dos sistemas, onde na primeira observamos um modelo exposto
para compreensão do público de sua maneira de edificar enquanto que na segunda
figura temos uma secção para compreensão da composição do painel.
REBOCO
MALHA MET
Á
LIC
A
EPS
Figura 11 - Secção Transversal em um Painel Composto por EPS.
Fonte: Desenhos Do Autor
4.1.5 – O painel vertical composto por tijolos cerâmicos de oito furos
Para edificar este painel seguimos as recomendações de CHAVES (1978) que
coloca o processo de maneira simples. Segundo o autor após a concretagem da cinta
baldrame que fica por cima da fundação, assentam-se os tijolos cerâmicos na
extremidade da parede formando colunas verticais com o auxílio do prumo e após
dando continuidade nas fileiras para o preenchimento de todo o painel. A espessura
da argamassa de acabamento é de cerca de 25mm em cada face, composta por
chapisco, emboço e reboco. A Figura 12 mostra a secção transversal deste sistema e
a Figura 13 uma simulação gráfica do mesmo acabado.
36
REBOCO
TIJOLO CER
Â
MIC
O
DE 8 FUROS
Figura 12 - Secção transversal de um painel em alvenaria de tijolos cerâmicos de
oito furos.
Fonte: Desenhos do autor
Figura 13 - Perspectiva isométrica de uma parede em alvenaria de tijolos cerâmicos
de oito furos.
Fonte: METALPLAC (2003)
4.2 – MÉTODO
4.2.1 – Tipo de pesquisa
Esta pesquisa é do tipo comparativa, na qual as variáveis obtidas através das
medições de um sistema in locu são comparadas aos valores obtidos também in locu
37
para outro sistema, analisando qual dos sistemas construtivos sofre menor influência
da radiação característica da região.
4.2.2 – Fases de coleta de dados
Esta pesquisa utilizou-se de duas fases para coleta de dados, sendo elas:
- 1° fase
Comparação de duas edificações existentes, localizadas próximas, ou seja,
sofrendo a mesma influência climática, sendo uma com painéis verticais compostos
por EPS (edificação “1”) e outro com estes compostos por tijolos cerâmicos de oito
furos (edificação “2”);
Data: 29/04/03 à 03/05/03
- 2° fase
Edificação de dois painéis lado a lado para uma análise da influência do clima
de nossa região nos materiais que compõem os sistemas comparando as reações
demonstradas, sendo o painel em EPS determinado como painel "1” e o painel em
tijolos cerâmicos de oito furos como painel “2”. Nesta fase executamos dois períodos
de coletas para que fosse comprovada, na segunda coleta, a veracidade dos dados
encontrados na primeira.
Datas:
1
a
coleta: 30/03/04 à 01/04/04;
2
a
coleta: 19/05/04 à 21/05/04.
4.2.2.1 – Escolha e caracterização das edificações da primeira fase de
coleta de dados
Como, no momento temos apenas uma edificação a utilizar a tecnologia em
painéis verticais em EPS (Figura 14) nos restringimos apenas a escolher a outra
edificação para comparação dos sistemas na qual poderíamos instalar os
equipamentos, o que se tornou possível utilizando-se uma edificação com
38
aproximadamente 400 metros de distância da primeira citada (Figura 15). O que
determinou a escolha foram à facilidade de instalação, controle, segurança dos
equipamentos de coleta de dados e proximidade.
Figura 14 - Edificação composta por painéis verticais com enchimento com blocos
de EPS, edificação “1”.
Fonte: Relatos do autor
Figura 15 - Edificação composta por painéis verticais com enchimento em tijolos
cerâmicos de oito furos, edificação “2”.
Fonte: Relatos do autor
39
Podemos caracterizar as duas edificações determinadas para a realização das
medidas como sendo estas de uso residencial, compostas por painéis em um caso
com enchimento em blocos de EPS e no outro caso em alvenaria de tijolos cerâmicos
de oito furos, e ambas contendo laje maciça dando ao ambiente um pé – direito
constante de 3,00m, esquadrias de aço do tipo de correr com quatro folhas e
cobertura em telhas cerâmicas, porém, no que se restringe aos acabamentos, temos
diferenças, pois a edificação “1 " não possui pintura interior nem exterior, ou seja,
apresentando painéis verticais somente no reboco assim como esquadrias em sua cor
original (grafite) e ainda sem a existência de piso no ambiente escolhido. A outra
edificação apresenta painéis verticais pintados com tinta acrílica na cor salmão,
esquadrias pintadas com tinta esmalte na cor marfim e piso em ardósia.
É relevante ressaltar que ambas as edificações são circundadas por calçadas
em concreto.
Na Figura 16 podemos ver em planta a localização das duas edificações em
evidência na primeira fase de coleta de dados, inseridas nos bairros destacados
anteriormente.
BOA ESPERANÇA
JD. ITÁLIA
200m100500
NORTE
A
V
.
A
R
Q
U
I
M
E
D
E
S
P
E
R
E
I
R
A
L
I
M
A
R
U
A
1
8
R
U
A
2
0
A
V
R
O
M
A
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
Figura 16 - Localização das edificações.
Fonte: IPDU – Prefeitura Municipal de Cuiabá (1997)
40
4.2.2.2 – Escolha do ambiente
Em ambas as edificações o ambiente escolhido para fazer a coleta de dados
foi o quarto por este ter face voltada para a insolação oeste na grande maioria do
período vespertino, o que demonstra ser o de maior incidência de radiação durante o
dia. Podemos ver nas Figuras 17 e 18 a identificação do ambiente em ambas as
plantas pela cor amarela e ainda uma seta indicando a face na qual foram coletados
os dados. O Thermo-higrômetro ficou localizado a uma altura de 1,20 m e
centralizado em relação ao ambiente, conforme utilizado em Estações Climatológicas
Convencionais, baseando-se em recomendações da OMM (Organização
Meteorológica Mundial), adaptadas para coletas em estudos de climatologia, como
foram utilizados por MAITELLI (1994) e DUARTE (2000).
GARAGEM
Q. EMP
WC
SERV
COZINHA
ESTAR
QUARTO
WC
WC
SUÍTE
0 12 5 10m
NORTE
QUARTOJANTAR
Figura 17 - Planta baixa da edificação “1”.
Fonte: Desenho do autor
41
10m5210
VARANDA
TV
JANTARESTAR
ESCRIT
SERVIÇO
COZINHA
WC WC
SUÍTEQUARTOQUARTO
NORTE
Figura 18 - Planta baixa da edificação “2”.
Fonte: Desenho do autor
4.2.3 – Determinação do local para a segunda coleta de dados
4.2.3.1- A escolha do local para confecção dos painéis verticais
Para facilidade de colocação dos aparelhos de medição optou-se por construir
os painéis ao lado da Estação Climatológica Mestre Bombled, localizada no Campus
da UFMT (Figura 19), a qual é coordenada pelo Departamento de Geografia/UFMT.
O Thermo-higrômetro digital ficou localizado no abrigo termométrico ao lado dos
painéis para que se pudesse ter uma real coleta de dados de temperatura e umidade
relativa do ar. É bom ressaltar que os painéis foram localizados no eixo leste-oeste
para que recebessem radiação em todo o período diurno.
42
Figura 19 - Locação dos painéis ao lado da Estação Climatológica Mestre Bombled,
Campus da UFMT.
Fonte: Relatos do autor
4.2.3.2 – A construção dos painéis
Após o recebimento das placas fornecidas pelo Eng. Felipe, representante da
ISOESTE, empresa especializada em poliestireno expandido, localizada na cidade de
Goiânia-GO entramos em contato com a Prefeitura do Campus da Universidade
Federal de Mato Grosso (UFMT) a qual cedeu a mão-de-obra necessária para a
confecção dos painéis.
4.2.3.3– Do processo construtivo
Depois de determinado o local cavou-se duas valas com 45 centímetros de
profundidade e separadas por 1,00 metro, construindo-se uma cinta baldrame em
igualdade para ambos os painéis, assim como pilares nas extremidades compostos de
quatro ferros de 8mm cada. Após a concretagem dos pilares foi feito o
preenchimento dos painéis seguindo as recomendações da Empresa ISOLITE
*
apud
FINGER (2003) para o sistema composto por blocos de EPS e de CHAVES (1978)
para o sistema composto por tijolos cerâmicos de oito furos. Podemos ver na Figura
*
www.isolite.com.br/corpo4.htm. Acessado em 20 jan. 2001
43
20 os painéis após a inserção dos blocos estando estes expostos ainda e esperando
tempo hábil para o seu revestimento.
Figura 20 - Painéis com os materiais expostos.
Fonte: Relatos do autor
4.2.3.4 – Dos acabamentos
Após o revestimento dos painéis com argamassa (Figura 21), foi dado um
período de cura para este e depois de revestidos com massa acrílica e pintados com
tinta acrílica na cor branca (Figura 22), para que ambos tivessem as mesmas
condições externas e cores apropriadas ao clima de nossa região, além de que
visualmente tivessem o mesmo aspecto demonstrando que esteticamente ambos tem
o mesmo efeito, pois como bem coloca FROTA & SCHIFER (2001) a pintura
externa das construções em climas quentes deve ser preferivelmente de cores claras,
pois estas refletirão mais a radiação solar e, portanto, menos calor atravessará os
vedos.
As medidas de ambos painéis prontos foram de 2,00 x 2,00m.
44
Figura 21 - Painel composto por EPS após colocação da tela de aço em processo de
revestimento.
Fonte: Relatos do autor
Figura 22 - Painéis prontos.
Fonte: Relatos do autor
4.3 – DEFINIÇÃO DAS VARIÁVEIS
Em ambas a fase para análise comparativa dos painéis verticais escolheu-se
variáveis de natureza ambiental, pois estas possibilitam verificar a influência do
clima em relação aos materiais que compõem os sistemas. As variáveis escolhidas
foram: temperatura do ar (T
°
C); temperatura radiante média (TRM
°
C); umidade
relativa do ar (UR%).
No caso das edificações existentes a temperatura radiante média foi
determinada apenas na face interna dos painéis, sendo que nas próximas fases de
coleta de dados determinou-se para ambas as faces dos painéis edificados. Ainda
45
podemos citar que a umidade relativa do ar na primeira fase de coleta de dados
representa somente o ambiente em questão sendo que para as outras fases pode-se
considera-la como para toda a região próxima ao local de medidas.
4.4 - PERÍODO DE COLETA DE DADOS
Para a determinação do período de coleta de dados da primeira fase tomamos
como base estudos anteriores que definem três a cinco dias como suficientes para se
obter dados significativos (MAITELLI, 1994; DUARTE, 2000; DURANTE, 2000;
FINGER, 2003). Assim, optamos por fazer medidas em cinco dias consecutivos de
29/04/03 até 03/05/03, para realizar uma análise comparativa entre duas edificações
existentes e com mesmo uso (residencial), localizadas proximamente, em condições
geográficas semelhantes. Em ambas residências optou-se por fazer medidas nos
quartos, pois os painéis verticais destes ambientes sofriam influência da radiação
solar predominantemente no período vespertino, sendo este o período mais crítico em
relação à incidência solar em nossa região.
Os horários determinados para coleta de dados foram: 8:00, 12:00, 16:00 e
20:00 horas, para que se pudesse abranger quatro períodos distintos de influência da
radiação nos painéis, pois nos primeiros momentos da manhã temos uma radiação
menos intensa e um ganho de calor pelos materiais que ficaram todo o período
noturno resfriando-se. Com o passar das horas a intensidade da radiação solar
aumenta assim como a sua influência nos sistemas construtivos sendo o período
vespertino o mais crítico em relação a temperaturas máximas durante um dia.
No período noturno não há mais a existência da radiação solar e a tendência é
que as paredes percam calor para o meio, porém, esta perda é gradativa e pode levar
todo o período noturno devido aos materiais utilizados na construção civil, pois como
coloca BORNSTEIN (1968) a superfície urbana pode estar menos aquecida que a
superfície rural, durante o dia, devido a grande capacidade de absorção de calor e
condutividade térmica dos materiais de construção. Estas propriedades térmicas
impedem o rápido resfriamento ao anoitecer e o rápido aquecimento logo após o
nascer do sol.
46
Para a segunda fase de coletas de dados também seguimos as mesmas
recomendações da fase anterior, porém com algumas diferenças:
a – três dias de coleta de dados;
b - análise somente dos painéis, independente de edificação;
c - aumento do número de medidas durante o dia, passando de quatro para
sete sendo estas nos horários das 8:00, 10:00, 12:00, 14:00, 16:00, 18:00 e 20:00,
tendo assim três valores intermediários em relação à coleta anterior;
d - coleta de dados nas duas faces dos painéis;
e – dois períodos de coleta de dados.
Os dias em que foram realizadas as primeiras coletas foram de 30 de março a
1° de abril de 2004 e de 19 a 21 de maio, do mesmo ano, para segunda coleta de
dados.
A opção por fazer a coleta de dados em edificações e depois em painéis foi
baseada em que as residências, mesmo sendo localizadas próximas e com
características semelhantes não eram totalmente idênticas. Portanto a construção dos
painéis verticais com as mesmas medidas e localizados lado a lado deu igualou todas
as variáveis, sendo que a única diferença entre eles foi o sistema construtivo.
A disposição foi orientada de maneira que estes recebessem radiação solar
durante todo o período em que esta está presente devido à localização leste-oeste,
assim podendo estudar a passagem do sol em todos os momentos do dia e ainda o
isolamento térmico dos sistemas construtivos, pois, dependendo da posição do sol
sempre havia uma face em que este não incidia e que recebia calor apenas por
condução da outra face.
Levando em consideração o exposto acima foi possível fazer a análise
comparativa dos sistemas, demonstrando qual destes sofre menor influência das
condições climáticas regionais como poderemos ver a seguir.
47
5 – APRESENTAÇÃO E ANÁLISE DOS RESULTADOS
Apresentaremos agora os resultados obtidos nas duas fases de coleta de dados
onde abaixo de cada figura faremos o comentário relativo ao comportamento dos
sistemas analisados
5.1 – FASE 1
Nesta fase fizemos um comparativo entre duas edificações com sistemas de
painéis verticais diferenciados, sendo que na edificação “1” temos painéis compostos
por blocos de EPS e na edificação “2” painéis compostos por tijolos cerâmicos de
oito furos.
A comparação citada é entre as variáveis de temperatura do ar (T
°
C);
temperatura radiante média (TRM
°
C); umidade relativa do ar (UR%) para um
ambiente escolhido devido à influência solar do período vespertino, sendo que a
TRM
°
C foi somente coletada na face interna do painel que recebia radiação em sua
porção externa.
Foram determinados cinco dias para a coleta de dados nesta primeira fase
sendo eles de 29/04/03 a 03/05/03 e quatro horários para a coleta de dados sendo
eles: 8:00, 12:00, 16:00 e 20:00 horas para que se possa observar o comportamento
dos sistemas para variadas influências ambientais, ou seja, desde as primeiras horas
com incidência de radiação até o momento em que os sistemas perder calor para o
meio durante o início do período noturno.
48
5.1.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (TRC °C)
entre as edificações residenciais “1” e “2”
Como observado na Figura 23 na primeira coleta do período diurno o
ambiente da edificação com painéis com tijolos cerâmicos de oito furos tiveram
temperatura do ar (T
o
C) superiores a outra edificação estudada, porém no terceiro e
quinto dias de medidas os valores se aproximaram muito com a baixa da temperatura
ambiente devido à entrada de uma frente fria no principalmente no último dia de
pesquisa, e conseqüente elevação da umidade relativa do ar.
Podemos ainda constatar que a temperatura radiante média (TRM
o
C) sempre
teve valores inferiores para o painel composto por blocos de EPS. Entretanto com a
queda da temperatura do ar (T
o
C) no último dia de coleta de dados os sistemas
construtivos tiveram o mesmo rendimento demonstrando que para temperaturas
inferiores as médias da Região estes apresentam similaridade no que se refere ao
conforto do ambiente.
24
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30
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34
29/04/03 30/04/03 01/05/03 02/05/03 03/05/03
DIAS
TRM °C
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
T°C EPS
T°C TIJOLO
Figura 23 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre as
edificações “1” e “2” para as 8:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03.
A Figura 24 demonstra que os valores encontrados se assemelham muito ao
de quatro horas anteriores, uma vez que houve continuidade nos rendimentos
térmicos dos sistemas. Porém neste período tivemos a constatação que a edificação
com blocos de EPS sempre demonstrou um isolamento térmico superior ao outro
sistema, sendo em momento algum estes se aproximaram.
49
25
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29
31
33
29/04/03 30/04/03 01/05/03 02/05/03 03/05/03
DIAS
TRM°C
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
T°C EPS
T°C TIJOLO
Figura 24 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre as
edificações “1” e “2” para as 12:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03.
Para o período vespertino foi comprovada uma diminuição da diferença entre
os rendimentos dos sistemas sendo que no terceiro dia de coleta de dados a
Edificação com tijolos apresentou TRM
o
C igual a do outro sistema. Podemos então
dizer que para o período mais crítico, os painéis verticais compostos por EPS têm um
melhor isolamento térmico, porém este não é tão evidenciado quanto em outros
períodos do dia (Figura 25).
25
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29/04/03 30/04/03 01/05/03 02/05/03 03/05/03
DIAS
TRM °C
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
T°C EPS
T°C TIJOLO
Figura 25 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre as
edificações “1” e “2” para as 16:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03.
50
Foi nítida a diferença constante de TRM
o
C entre as duas paredes, sempre
com o sistema composto por blocos de EPS com valores inferiores ao outro sistema
construtivo analisado. Porém não foi registrada diferença significativa de
temperatura do ar (T
o
C) para os dois ambientes.
Repetindo o rendimento dos outros horários, no quinto dia houve semelhança
aa TRM
o
C entre os sistemas construtivos devido a influencia da frente fria que se
instalou na região como demonstrado na Figura 26.
25
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29/04/03 30/04/03 01/05/03 02/05/03 03/05/03
DIAS
TRM °C
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
T°C EPS
T°C TIJOLO
Figura 26 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) e T
o
C entre as
edificações “1” e “2” para as 20:00 horas, de 29/04/03 à 03/05/03.
A Figura 27 mostra valores de média da umidade relativa do ar (UR%) para
os cinco dias de coleta de dados. Podemos observar que a edificação construída com
painéis verticais preenchidos por EPS sempre alcançou valores superiores ao da outra
edificação. Entretanto, ocorreu um aumento das taxas de umidade nos dois últimos
dias devido à queda na temperatura do ar ocasionada pela entrada de frente fria
durante todo o último dia desta coleta.
Nestas condições atmosféricas, as taxas de umidade relativa dos ambientes
tiveram valores aproximados para os dois sistemas construtivos.
51
45
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55
60
65
70
75
29/04/03 30/04/03 01/05/03 02/05/03 03/05/03
DIAS
UR%
EDIFICAÇÃO EPS
EDIFICAÇÃO TIJOLO
Figura 27 - Análise comparativa da umidade relativa do ar (UR%) entre as
edificações “1” e “2”, de 29/04/03 à 03/05/03.
Embora existam na literatura trabalhos que comprovem a grande diferença do
Coeficiente Global de Transmissão Térmica entre os sistemas, sendo 0,27 m² °C/W
para o sistema construtivo preenchido com blocos de EPS e 0,74 m² °C/W para o
sistema construtivo de alvenaria de tijolos cerâmicos de oito furos, isso não está
evidenciado no resultado final de conforto para o interior das edificações.
Provavelmente este fato é devido ao sistema com blocos de EPS possuir uma tela de
aço nas suas duas. Sendo este um material com alto índice de condutividade térmica
causa perda de rendimento para o sistema construtivo. Já existem hoje algumas
execuções em que ao invés de usar-se uma tela de aço, reveste-se o material com
uma mistura de água e materiais colantes como o bianco no preparo da superfície
para o recebimento da argamassa visando aumentar o rendimento em relação ao
sistema construtivo estudado, ou seja, fazendo com que este tenha uma menor
absorção da radiação solar.
5.2 – FASE 2
Nesta fase foram realizadas medidas comparativas entre dois painéis com a
mesma composição da fase anterior, porém independentes de edificação, sendo que
ambos tem medidas de 2,00 x 2,00 m e estão localizados lado a lado e implantados
no eixo leste-oeste de maneira a receber a influência da radiação solar durante todo o
período em que esta é presente.
52
Devido aos painéis verticais terem sido construídos em ambiente externo as
variáveis ambientais, temperatura do ar (T
o
C) e umidade relativa (UR%) tiveram
seus valores coletados com aparelhos instalados em um abrigo termométrico
localizado na Estação Climatológica Mestre Bombled localizada ao lado dos
sistemas construtivos utilizados no experimento. Assim, os valores comparativos
entre os painéis nesta fase referem-se às temperaturas radiantes médias de ambas as
faces dos sistemas construtivos.
As medidas foram realizadas nos horários: 08:00, 10:00, 12:00, 14:00, 16:00
e 20:00 horas e durante três dias e em duas etapas, visando a melhor compreensão
das respostas dos sistemas construtivos à radiação solar incidente.
5.2.1 – Primeira coleta de dados
Esta primeira coleta da segunda fase foi realizada entre os dias 30/03/04 e
01/04/04 e serviu para a primeira análise do comportamento dos sistemas de maneira
isolada e ainda sofrendo influências climáticas exatamente iguais por estarem
localizado lado a lado e a apenas 1,00 m de distância entre eles.
5.2.1.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (
°
C) entre os
painéis “1” e “2”
A Figura 28 mostra o comparativo térmico das duas faces dos painéis. A face
leste do painel vertical composto por tijolos cerâmicos de oito furos teve menores
valores de TRM
o
C, demonstrando que este sistema absorve menos radiação que o
outro analisado. Contudo, devido ao seu potencial como isolante térmico o painel
com enchimento em blocos de EPS, na face leste, oposta a radiação, demonstrou
menores valores da TRM
o
C apesar de ter absorvido mais radiação em sua face leste.
No segundo dia de coleta de dados foi observado o mesmo valor da TRM
o
C
para a face oeste dos dois sistemas, comprovando que apesar do sistema construtivo
em alvenaria em tijolos cerâmicos de oito furos ter isolamento térmico inferior ao
outro sistema construtivo analisado, o resultado final para a face oposta a radiação
solar pode ser bem semelhante devido ao prejuízo causado pela alta absorção de
53
radiação dos painéis verticais compostos por EPS. Provavelmente o fato observado é
devido à presença da malha metálica que auxilia em seu revestimento, pois este
material tem como característica excelente condutividade térmica.
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30
32
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE
LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE
OESTE
Figura 28 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 8:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
Os dados apresentados na Figura 29 mostram que o comportamento dos
painéis verticais segue a tendência do horário anterior, ou seja, demonstrando que na
face que recebe incidência de radiação solar o sistema construtivo em alvenaria de
tijolos cerâmicos de oito furos tem menor absorção desta. Porém, devido ao seu
potencial como isolante térmico o outro sistema construtivo analisado, em blocos de
EPS, demonstrou menores valores da TRM
o
C.
26
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34
36
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 29 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 10:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
54
Como demonstrado na Figura 30, para o período das 12:00 horas em que a
radiação solar está aproximadamente perpendicular ao solo, o sistema composto por
tijolos cerâmicos de oito furos, em ambas as faces, teve um rendimento superior
como isolante térmico comparado ao sistema composto por EPS demonstrando ser
mais adequado para painéis de fechamento vertical para a nossa Região, no período
restrito disposto acima.
25
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29
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33
35
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 30 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 12:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
A Figura 31 mostra que assim como no período matutino, o painel composto
por tijolos cerâmicos de oito furos tem valores da TRM
o
C sempre inferior para a
face que recebe diretamente a radiação solar, ou seja, no caso do período vespertino,
a face oeste. Porém, o EPS por ter um maior poder de isolamento tem menores
valores da TRM
o
C para a face oposta, ou seja, a face leste, que neste horário não
recebe radiação solar direta. Assim, o único diferencial em relação ao período
matutino é a posição solar, pois os comportamentos são semelhantes. Além disso,
diante da ocorrência de chuva no último dia de coleta de dados, pode-se constatar
que os sistemas construtivos têm o mesmo rendimento em relação à absorção de
radiação.
55
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38
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE
LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE
OESTE
Figura 31 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 14:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
Analisando os dados obtidos às 16:00 horas (Figura 32) observou-se que o
comportamento dos sistemas construtivo apresentou-se semelhantes ao horário
anterior de coleta de dados, porém com maior diferença de valores da TRM
o
C para
ambos os sistemas construtivos em sua face leste. Observa-se também que no
primeiro e terceiro dias de coleta houve presença de chuva o que faz com que os
sistemas tenham TRM
o
C próximas à temperatura do ar momentânea, demonstrando
que para períodos chuvosos não há diferenças entre os sistemas.
Isto ocorre devido ao equilíbrio térmico gerado pela água da chuva, pois esta
tem temperatura próxima ao ar e entrando em contato com a face dos painéis
verticais faz com que existam trocas térmicas e a tendência neste caso é de se
encontrar um equilíbrio entre os corpos com o passar do tempo e a constância de
contato entre estes.
56
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38
40
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE
LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE
OESTE
Figura 32 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 16:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
A Figura 33 mostra o comportamento dos sistemas construtivos para as 18:00
horas. Neste horário observou-se também o mesmo rendimento dos outros períodos,
porém, no ultimo dia de coleta de dados o painel composto por blocos de EPS teve a
TRM
o
C inferior ao painel composto por tijolos cerâmicos de oito furos na face
oeste, ou seja, a que recebe radiação durante todo período vespertino. Isto porque
ocorreu chuva fraca até poucos minutos antes da coleta fazendo com que o sistema
buscasse um equilíbrio com a temperatura da água em contato com sua face, e como
o EPS tem a tendência de se resfriar mais rapidamente, os valores coletados
apresentaram valores inferiores ao outro sistema construtivo analisado.
22
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30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 33 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 18:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
57
Para o período noturno observou-se TRM
o
C inferiores para ambas as faces
do painel composto por blocos de EPS em relação ao outro sistema estudado,
demonstrando que o sistema tem maior facilidade de perda de calor para o meio ao
anoitecer, quando não há incidência de radiação solar, como mostra a Figura 34.
Outro fato que pode ser observado é que a TRM
o
C de ambos os painéis em
suas duas faces apresentaram valores bem inferiores a temperatura do ar (T
o
C),
demonstrando que ambos os sistemas perdem calor para o meio rapidamente. Porém
esta perda está mais evidenciada para o painel composto por blocos de EPS
demonstrando ser um sistema mais adequado para utilização em nossa região
independentemente do período.
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30
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE
LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE
OESTE
Figura 34 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 20:00 horas, de 30/03/04 à 01/04/04.
Como mostra a Figura 35 os dias em que foram coletados os dados tiveram
umidade relativa do ar (UR%) elevada, principalmente no primeiro e terceiro dia,
devido às constantes chuvas no período.
Como é comum para o clima de nossa região a umidade relativa do ar (UR%)
se apresentou inversamente proporcional à temperatura do ar (T
o
C) como observado
em todas as Figuras que representam a coleta de dados, ou seja, tendo no segundo dia
de coleta de dados maiores valores de temperatura do ar e menor umidade relativa do
ar média.
Esta relação entre a temperatura do ar (T
o
C) e a umidade relativa do ar
(UR%) é característica de nossa região, pois quando temos uma queda na T
o
C há a
58
tendência de uma aproximação das partículas vapor de água suspensas no ar fazendo
com que as taxas de UR% sejam mais elevadas.
40
50
60
70
80
30/03/04 31/03/04 01/04/04
DIAS
UR%
Figura 35 - Variação da umidade relativa do ar (UR%) média de 30/03/04 à
01/04/04.
5.2.2 –Segunda coleta de dados
Esta segunda coleta da segunda fase foi realizada entre os dias 19/05/04 e
21/05/04 e serviu para comprovar os resultados encontrados na primeira coleta de
dados da segunda fase, permitindo assim uma análise mais detalhada do potencial
dos sistemas estudados, podendo, então determinar qual destes melhor se adapta ao
clima de nossa região, como isolante térmico.
5.2.2.1 – Análise comparativa da temperatura radiante média (
°
C) entre os
painéis “1” e “2”
Os dados obtidos às 08:00 horas mostraram uma similaridade desta segunda
coleta em relação aos dados da primeira, demonstrando novamente que a face que
recebe a radiação solar sempre tem valores da TRM
o
C superiores no sistema
construtivo composto por blocos de EPS e, devido ao seu poder de isolamento acaba
tendo valores menores na outra face ultrapassando o rendimento do sistema em
composto por tijolos cerâmicos de oito furos (Figura 36).
59
22
24
26
28
30
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 36 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 8:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
Seguindo a tendência das coletas anteriores a Figura 37 demonstra que o
sistema construtivo composto por blocos de EPS tende a absorver mais radiação
solar em relação ao outro sistema analisado nas horas mais quentes do dia, mas,
também se mostra mais eficiente na perda de calor, demonstrando ser um sistema
construtivo com potencial de isolamento térmico mais adequado para o
preenchimento de painéis verticais.
Porém podemos observar que no período matutino temos valores da TRM °C
acima da temperatura do ar, demonstrando que ainda devemos buscar maiores
avanços em relação a painéis verticais que sejam isolantes térmicos para edificações,
pois estes são de fundamental importância para o conforto térmico de ambientes
fechados.
22
24
26
28
30
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 37 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 10:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
60
A Figura 38 mostra bem a vantagem do sistema construtivo em alvenaria de
tijolos cerâmico de oito furos para o horário das 12:00, independentemente da face
que se analise, já que temos sempre valores inferiores da TRM °C, o que evidencia
que neste horário que esta tecnologia tem melhor aplicação que o painel composto
por blocos de EPS.
23
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27
29
31
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE
LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE
OESTE
Figura 38 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 12:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
Fica evidenciado na Figura 39 que a face onde incide a radiação solar sempre
tem valores mais elevados da TRM °C nos painéis compostos por blocos de EPS.
Entretanto o seu potencial como isolante fica evidenciado pela perda de calor mais
eficiente na face oposta comparando-se ao outro sistema analisado.
23
25
27
29
31
33
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 39 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 14:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
61
A Figura 40 segue a mesma tendência em relação às medidas anteriores
demonstrando que a confecção do sistema construtivo composto por blocos de EPS
deve ser revisada, pois da maneira como vem sendo edificado tem uma forte
tendência à absorção da radiação solar. Assim visando minimizar esses efeitos e
garantir o seu melhor rendimento, como isolante térmico, e importante revisar a
colocação da malha metálica na face do EPS que serve para fixação da argamassa de
revestimento.
24
26
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30
32
34
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 40 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 16:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
Os dados mostrados na Figura 41 evidenciam que no horário das 18:00 horas
a radiação solar era menos eficiente que na primeira coleta devido à posição do sol
no horizonte do lugar. Assim ocorria perda de calor para o meio de forma mais
acentuada que no período anterior, evidenciando que o sistema construtivo composto
por blocos de EPS tem maior facilidade para perder calor para o meio, devido ao
material que o preenche ser um mau condutor térmico, assim como o ar que está
presente no tijolo cerâmico de oito furos. Entretanto o EPS tem eficiência mais
evidenciada, demonstrando que as características desta tecnologia onde os blocos de
EPS preenchem os painéis verticais são mais adequadas para as características
climáticas de nossa região.
62
22
24
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19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 41 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 18:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
A Figura 42 demonstra o comportamento dos sistemas construtivos no
período noturno quando não há mais incidência da radiação solar e os materiais de
construção tem a tendência a perder calor para o meio.
Entre os dois sistemas analisados o que demonstrou maior facilidade de perda
calorífica para o meio foi o composto por blocos de EPS devido a sua baixa
condutividade térmica, alcançando valores mais adequados para o conforto das
edificações.
21
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25
27
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
TRM°C
EPS FACE LESTE
TIJOLO FACE LESTE
T°C
EPS FACE OESTE
TIJOLO FACE OESTE
Figura 42 - Análise comparativa da temperatura radiante média (°C) entre painéis
em EPS e tijolo cerâmico de oito furos para as 20:00 horas, de 19/05/04 à 21/05/04.
63
É importante ressaltar que, como observado na Figura 43, nesta coleta de
dados houve uma inversão no comportamento do clima em relação à umidade
relativa do ar (UR%), pois o segundo dia foi caracterizado por maiores valores desta
variável sendo que na coleta anterior foi visto como o dia com menores valores desta.
Como dito anteriormente, a influência da temperatura na umidade é grande para o
clima de nossa região, assim como observamos nas Figuras anteriores, ou seja,
sempre com valores da UR% mais elevada nos dias em que a T
o
C é inferior, sendo a
maior diferença entre as duas coletas registradas.
40
50
60
70
80
19/05/04 20/05/04 21/05/04
DIAS
UR%
Figura 43 - Variação da umidade relativa do ar (UR%) média de 19/05/04 à
21/05/04.
Após as coletas de dados podemos observar que o sistema composto por
blocos de EPS da maneira como vem sendo feito ainda não potencializa as
propriedades de isolamento térmico do material, sendo necessário rever este
processo.
A partir da análise dos dados coletados determinamos que o painel composto
por tijolos cerâmicos de oito furos absorve radiação inferior ao outro sistema
estudado, sendo assim, um bom material para painéis de fechamento vertical, ou seja,
aqueles voltados para o exterior das edificações. Porém a sua combinação com o EPS
pode trazer grandes ganhos para o interior de ambientes edificados, podendo estes
materiais formar um único sistema construtivo de painéis verticais, sendo que o tijolo
de oito furos ficaria voltado para o exterior da edificação e o EPS voltado para o
interior, tendo assim, com painel acabado com 25cm como mostrado na Figura 44,
ou seja, semelhante a uma parede de uma vez, quando os tijolos são assentados
64
deitados, comum em edificações, porém, neste caso, com um ganho considerável de
conforto.
É bom lembrar que o sistema construtivo composto por blocos de EPS teve
um prejuízo considerável em relação ao seu isolamento térmico pela presença da tela
de aço necessária para a fixação do chapisco, sendo mais interessante passar algum
produto colante para preparar esta superfície, pois assim a absorção de calor se
reduziria consideravelmente, principalmente na face voltada ao exterior que recebe
radiação direta. Esses cuidados e tecnologia podem tornar o sistema certamente
superior em rendimento ao de alvenaria de tijolos cerâmicos de oito furos.
Entretanto, da maneira como o sistema vem sido edificado neste momento não traz
grandes ganhos em relação à tecnologia atual adotada na região para painéis
verticais, ou seja, a alvenaria de tijolos cerâmicos de oito furos.
Ainda podemos configurar os materiais com o sistema de sanduíche, tendo
nas extremidades o tijolo cerâmico de oito furos e no seu interior o EPS, porém
sendo este sistema bem mais oneroso em relação ao proposto anteriormente e ainda
ocupando um espaço maior na edificação, pois ficaria com uma largura de
aproximadamente 35cm, mas certamente com um maior ganho de conforto para o
interior de uma edificação.
EPS
TIJOLO CERÂMICO
DE 8 FUROS
ARGAMASSA
INTERIOR
EXTERIOR
Figura 44 - Proposta de Painel de Fechamento Vertical composto por tijolos
cerâmicos de oito furos, EPS e argamassa.
Fonte: Desenhos do Autor.
65
6 – CONSIDERAÇÕES FINAIS
Após a análise comparativa dos sistemas podemos concluir que em uma
edificação em que os painéis de fechamento vertical são compostos por EPS existe
um maior isolamento térmico causando uma menor Temperatura Interna do Ar
ambiente assim como uma maior Umidade Relativa do Ar, pois são, neste caso,
inversamente proporcional. A edificação com os painéis de fechamento vertical
composto por tijolos cerâmicos de oito furos alcançou resultados satisfatórios, porém
sempre de 1 a 2 °C inferior a outra edificação estudada.
Em relação à análise específica dos painéis podemos dizer que ambos
sistemas tem potencial isolante para o nosso clima, porém no sistema composto por
blocos de EPS este isolamento é bem mais significativo e evidenciado nos dados
coletados. Mas deve-se colocar uma ressalva, pois o sistema da maneira como vem
sendo edificado diminui a eficiência do isolante já que necessita de uma tela de aço
para que possa ser revestido, e este material por ser ótimo condutor térmico aumenta
a absorção de radiação na face em que esta é incidente.
O painel composto por tijolos cerâmicos de oito furos absorve bem menos
esta radiação tendo sempre demonstrado valores inferiores da TRM °C na face
recebedora de radiação, porém o resultado em relação à face oposta é sempre inferior
demonstrando este ter um menor potencial como isolante térmico.
O ideal para nosso clima seria a combinação dos dois sistemas, pois, desta
forma poderíamos alcançar melhores resultados, onde os tijolos cerâmicos de oito
furos ficariam voltados para a face externa da edificação e o EPS para a face interna,
ou seja, potencializando os pontos fortes de cada sistema.
66
6.1 – RECOMENDAÇÕES
a – realização de novos estudos sobre o rendimento do sistema construtivo
em painéis verticais compostos por blocos de EPS sem a utilização da malha
metálica, pois esta demonstrou aumentar a absorção de calor na face em que incide
radiação;
b – realização de testes comparativos entre os sistemas construtivos estudados
e propostas de painéis verticais com composição mista, ou seja, onde existam
conjuntamente o tijolo cerâmico e o EPS, dispostos de maneiras diversas, para que se
possa determinar qual destas novas composições traz benefícios em relação ao
isolamento térmico dos ambientes fechados;
c – análise da condutividade térmica dos sistemas construtivos com
composição mista citados acima;
d – treinamento de mão de obra especializada local, a respeito destas novas
tecnologias, para que os custos finais de uma edificação concluída sejam compatíveis
com os atualmente encontrados no mercado da construção civil.
67
7 – BIBLIOGRAFIAS
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