CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DE COBERTURAS VERDES DE BASE
POLIMÉRICA
Plínio de A. T. Neto¹ (M), Leôncio D. T. Câmara²
Endereço institucional do(s) autor(es). Incluir o e-mail do autor designado para receber as correspondências. Ex.:
1 - Universidade do Estado do Rio de janeiro – UERJ, IPRJ, Nova Friburgo – RJ, [email protected],
2 - Universidade do Estado do Rio de janeiro – UERJ, IPRJ, Nova Friburgo – RJ, [email protected]
Resumo: A utilização de coberturas verdes em telhados são uma solução simples e barata, no aumento do conforto e
também produtividade humana em ambientes domiciliares e também industriais. A literatura na área é bem significativa
quanto ao potencial e viabilidade da utilização de telhados verdes no aumento do conforto de ambientes, porém é muito
carente de métodos e técnicas de determinação de propriedades térmicas destes materiais. Neste projeto o objetivo é
desenvolver um método de caracterização térmica, de coberturas verdes de base polimérica, utilizando a resistência
térmica equivalente. Os dados experimentais de perfis de temperatura são comparados em duas situações, com e sem
cobertura verde, podendo com isso inferir quanto à condutividade térmica do material composto pela aplicação de
balanços de energia e fenômenos de transferência de calor nos módulos. Os primeiros resultados mostraram-se
promissores já que foram obtidos valores de condutividade térmica próximos daqueles observados na literatura para
materiais similares (Incropera e Witt, 1992).
Palavras Chave: Conforto térmico. Caracterização térmica. Coeficiente de condutividade térmica k. Commelina.
Desempenho térmico. ABNT 15220.
Thermal Characterization of Green Roofs Base Polymer
Abstract: The use of green roofs on roofs are a simple and inexpensive solution, increasing comfort and also human
productivity at home as well as industrial environments. The literature in the field is quite significant as the potential
and feasibility of using green roofs in increasing the comfort of environments, but is very lacking in methods and
techniques of determination of thermal properties of these materials. In this project the aim is to develop a method of
thermal characterization of green roofs polymer-based, using a equivalent thermal resistance. The experimental data of
temperature profiles were compared in two cases, with and without green cover, and this may infer the thermal
conductivity of the composite material by applying energy balance and heat transfer phenomenon in the modules. The
first promising results were as thermal conductivity values obtained were close to those observed in the literature for
similar materials (Incropera and Witt, 1992).
Keywords: Thermal comfort. Thermal characterization. Conductivity coefficient conductivity k. Commelina. Thermal
performance. ABNT 15220.
Introdução
A busca por conforto sempre foi um dos maiores propósitos da humanidade. Desde as eras
mais remotas da sociedade ele foi almejado, seja através de uma simples fogueira, uma caverna, ou
às tecnologias mais avançadas como os aparelhos de ar refrigerado de automóvel. O bem-estar é
composto de inúmeras variáveis, uma dessas é a climatização de um ambiente fechado.
A alternativa moderna para esse problema, no modo chamado ativo, é a utilização de
aparelhos de condicionamento de ar, porém, devido aos elevados gastos energéticos e de
manutenção, na década de 70, uma das alternativas estudada por pesquisadores acadêmicos é
conhecida como: cobertura vegetal, (cobertura verde leve) CVL, ou até mesmo como cobertura
verde, terminologia que usaremos nesse trabalho [3,5].
Experimental
Existem poucas informações técnicas sobre essa tecnologia, assim como dados
experimentais, que comprovem a sua eficiência térmica como isolante, tais como: condutividade
térmica aparente (k), bem como capacidade térmica aparente (c) e densidade aparente (ρ).
Para a obtensão destes dados elaboramos: a construção de dois módulos experimentais, um
com uma cobertura verde e outro com uma cobertura tradicional, e um sistema para aquisição de
dados: como as temperaturas internas de cada módulo e a exterior.
Os módulos foram construídos, Fig. 1, com largura de 1m, comprimento 1,5 m e altura de 1
m, foram construídos com cantoneiras soldadas de ferro de 1/2´´x 1/2´´, e em todas as faces, exceto
a superior, foram cobertas por placas de madeirite de 6 mm de espessura, sobrepostas por isopor de
150 mm de espessura. Nas faces superiores formam as cobertas diferentemente, com o objetivo de
realizar a comparação entre uma cobertura com dados técnicos normatizados existentes e a outra de
cobertura verde (Trapoeraba) com propriedades desconhecidas.
Termístores foram instalados no centro de cada módulo a 50 cm de distancia das coberturas,
e um terceiro termístor externamente, para captação da temperatura ambiente.
Os módulos foram posicionados um ao lado do outro, para que não sofram diferença no
recebimento da radiação solar.
A planta selecionada para a cobertura foi a Trapoeraba, seu nome científico é Commelina
Diffusa. Que se caracteriza por sua alta resistência às intempéries e a necessidade de pouco
substrato – apenas uma camada inferior a 10 mm [1].
Figura 1. (à esquerda) Módulo1: espuma de polietileno+fibra de vidro+telha, (à direita)
Módulo2: trapoeraba+telha.
FONTE: O autor, 2014.
Resultados e Discussão
O ensaio, realizadas em 30/01/2014: o módulo1, em cobertura formada por espuma de
polietileno+fibra de vidro+telha e, módulo2, em cobertura formada por trapoeraba+telha.A
representação simplificada desses módulos com o circuito térmico equivalente segue na Fig. 4. E os
resultados das medições estão representados na Fig. 3.
Figura 3. Temperaturas
tempo
FONTE: O autor, 2014.
Figura 4. Temperaturas tempo
FONTE: O autor, 2014.
Determinação da condutividade térmica aparente k (w/m.k) pelo método de equivalência.
Comentários: Pela Figura 3, a temperatura dos dois módulos se manteve praticamente
constante em torno de 24º C, havendo uma pequena diferença depois das 14:00h. Sendo assim o
período de 14:00h e 16:30h foi desconsiderado para o cálculo do coeficiente de condutividade
térmica equivalente relativo à trapoeraba (
), devido às diferenças nas temperaturas
internas dos módulos, sendo assim, os fluxos de calor nos dois módulos são aproximadamente
iguais.
Dados:
= 0,0263
= 0,0005 m,
,
= 0,17
,
= 0,045
,
= 0,0421 m,
= 0,0185 m,
= 0,07033 m
Considerações:
1-
As temperaturas médias foram consideradas apenas na área não hachurada.
2-
Regime permanente, pois foram consideradas as temperaturas médias.
3-
Transferência de calor unidimensional.
4-
A resistência de contato, entre espuma e fibra de vidro, considerada como ar com
propriedades a 300K e espessura de 0,0421m.
5-
A resistência de contato, entre a fibra de vidro e telhado, desprezada.
6-
Trocas radiantes desprezadas.
7-
O fluxo de calor nos dois módulos é aproximadamente igual.
Análise:
Para se obter o valor da condutividade térmica equivalente relativa à trapoeraba
(
), será feita uma equivalência do fluxo de calor de cada cobertura, pois eles
são aproximadamente iguais, assim como as temperaturas exteriores e interiores.
A resistência térmica por condução é dada pela equação (1).
:.
= eq.: 3.6, pág. 64 Incropera [2]
(1)
O valor do
vai ser obtido igualando as equações das taxas de transferência
de calor ( ) dos módulos 1 e 2.
:.
eq.: 3.11, pág. 64 Incropera [2]
(2)
(3)
(4)
:
Como,
=
=
(5)
Racionalizando:
(6)
Isolando o
:
(7)
Substituindo os valores:
(8)
(9)
Determinação da densidade aparente ρ (kg/m³) e do calor específico c (kJ/kg.k)
Para a determinação da densidade aparente ρ (kg/m³), e do calor específico c (kJ/kg.k) foram
utilizados dados obtidos no trabalho do (RONCHI, 2000). Os cálculos não serão abordados nesse
trabalho como no caso da condutividade térmica (k), mas serão expostos na tabela 1 por se tratarem
de dados necessários na aplicação de cálculos de transferência de calor em edificações, como por
exemplo na NBR(15220) [6].
Tabela 1. Propriedades térmicas da trapoeraba
Propriedades da
Valores
Trapoeraba
Condutividade térmica
aparente (k)
Calor específico (c)
Densidade ( )
FONTE: O autor, 2014.
1108
Conclusões
Este método alcançou ao que se propôs, vide Tabela 1: fazer uma avaliação quantitativa da
condutividade térmica aparente (k), de coberturas verdes de base polimérica, utilizando a resistência
térmica equivalente, equações (3) e (4), relativas aos módulos experimentais Fig. 1, e para uso
complementar a capacidade térmica aparente (c) e a densidade aparente (ρ) da planta denominada
vulgarmente como Trapoeraba. Concluímos que esse caminho traçado servirá para casos
semelhantes usando como cobertura verde, outras espécies de plantas, bem como para uma
avaliação teórica, tomando essas propriedades emprestadas para uma primeira avaliação
quantitativa, com o intuito de ter um balizamento para outras aplicações.
Referências Bibliográficas
1. F. M. Garcia Blanco. Trapoeraba uma planta daninha de difícil controle. Disponivel em:
<http://www.biologico.sp.gov.br/artigos_ok.php?id_artigo=132 >Acesso em 15 de 04 de 2014
2. INCROPERA; DEWITT; BERGMAN; LAVINE. Fundamentos de transferência de calor e de
massa. 6 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. P. 64, 43 e anexo A.
3. OSMUNDSON, T. Roofs gardens: history, design and construction. New York: W.W. Norton,
1999.
4. RONCHI, C. P.; SILVA, A. A.; TERRA, A. A.; MIRANDA, G. V.; FERREIRA, L. R.
Potencial de duas espécies de trapoerabas infestantes de lavouras de café. DFT/UFV, Viçosa.
MG (2000). Disponível em:<http://www.sapc.embrapa.br/index.php/start-download/iisimposio-de-pesquisa-dos-cafes-do-brasil/756-potencial-competitivo-de-duas-especies-detrapoerabas-infestantes-de-lavouras-de-cafe> Acesso em 20 de 04 de 2014
5. INTERNATIONAL GREEN ROOF ASSOCIATION. Disponível em: <www.ingra-wold.com>
site traduzido, por Neusiane da Costa Silva. Acesso em 10 fev. 2014.
6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220: Desempenho térmico
de edificações: definições, símbolos e unidades. Rio de Janeiro, 2003.