ABSORTÂNCIA SOLAR E O ACABAMENTO SUPERFICIAL DAS COBERTURAS

O desempenho das características relacionadas ao acabamento dos materiais dependerá da distribuição espectral da radiação solar (PEREIRA et al., 2015). Radiação solar é a energia radiante emitida pelo sol, da qual aproximadamente 50% correspondem ao espectro da luz visível, na faixa de frequência entre 380 nm a 780 nm. Outras regiões do espectro como a do ultravioleta, que se situa na faixa de 100 nm a 380 nm, e a do infravermelho, a partir de 780 nm, são consideradas na análise da absortância do componente construtivo à radiação gerada pelo sol. A Figura 5 ilustra estas regiões do espectro solar em função da frequência.

Figura 5 – Regiões do espectro eletromagnético.

Fonte: PHOTTON, 20141.

A visão humana diferencia ondas de luz visível de diferentes frequências como cores. A percepção espectral da visão humana é limitada a três comprimentos de onda que correspondem às cores azul, vermelho e verde, porém cada superfície terá uma capacidade de refletir a luz nos diferentes comprimentos de onda (TEIXEIRA, 2013). Portanto, o que os indivíduos percebem como ―cor‖ do material é resultado das características da fonte luminosa e do objeto observado (SANTOS, 2013).

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PHOTTON. Centro de competências tecnológicas. Segurança com a luz do Laser. Disponível em: http://www.photton.com.br/seguranca-com-a-luz-do-laser/. Acesso em: 18 jan. 2016.

Como a percepção humana detecta apenas um intervalo de frequência da luz solar, ―(...) não permite identificar as propriedades físicas de uma superfície em relação ao espectro solar total, como a absortância ou refletância solar‖ (DORNELLES, 2008, p. 38). Todavia, é de conhecimento comum que, quanto mais próximo da cor branca, menor a disposição à absorção de calor solar.

Um modo de controlar a absortância solar de coberturas é por meio do emprego de cores superficiais frequentemente apresentadas como refletivas. Materiais na cor branca ou com acabamento ―frio‖, sendo o último produzido usando tecnologias refletivas na faixa de frequência do infravermelho, são uma boa solução, uma vez que reduzem a absortância da radiação solar incidente sobre o envelope, ao aumentar a reflexão solar (ZINZI et al., 2015). Essa técnica é chamada por Teixeira (2013) de resfriamento refletivo.

Todavia, a percepção visual da cor não é um bom indicador das propriedades físicas de um material, fazendo-se necessária a avaliação de outros fatores capazes de influenciar sobre a absortância das coberturas, tais como a variação na quantidade de radiação solar ao longo do espectro e a rugosidade superficial dos materiais (DORNELLES, 2008). 4.2.1 VARIAÇÃO DA RADIAÇÃO SOLAR

O sol emite todos os tipos de radiação do espectro eletromagnético, das mais baixas (infravermelho) às mais altas frequências (ultravioleta). A maior parte da energia se encontra na porção da luz visível e do infravermelho. Quando a radiação solar chega à atmosfera terrestre, pelo menos 40% são refletidas de volta ao espaço, e é exatamente a porção onde mais se concentra energia que compõe a maior parte da parcela de 60% que é absorvida pela atmosfera (MOAN, 2006).

Devido à diferença na concentração das radiações que compõe o espectro solar, outros fatores vão influenciar sobre a variação da radiação solar que chega ao nível da superfície terrestre, tais como a latitude, umidade relativa do ar, ângulo do zênite, etc. (MOAN, 2006).

Quando alcança a atmosfera, a radiação solar ainda encontra outros obstáculos tais como partículas de água, poeira em suspensão e gases advindos da atividade antrópica que difundem a luz. Essa radiação dispersa pela atmosfera é chamada de ―radiação difusa‖,

enquanto que a parcela que consegue passar livremente e atingir a superfície da Terra em vários ângulos é chamada ―radiação direta‖ (DORNELLES, 2008).

Todas essas variações, decorrentes dos obstáculos encontrados pela radiação para atravessar a atmosfera, e da heterogeneidade intrínseca aos diferentes ambientes da superfície da terra, fazem com que um material com as mesmas características apresente desempenho térmico variável. O fluxo de calor transmitido é determinado pela radiação solar incidente, o qual depende da energia solar absorvida pela superfície do material de fechamento (GRANJA, 2002).

Um modo de padronizar a distribuição da energia no espectro solar quando atinge a atmosfera é por meio da adoção de um espectro de referência, o que permite a comparação das propriedades espectrais de diferentes materiais. A seção a seguir detalha os critérios de adoção do espectro solar padrão e sua aplicação na avaliação da absortância solar dos materiais.

4.2.1.1 ESPECTROSOLARPADRÃO

A norma ASTM G173-03 (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, 2012a) disponibiliza tabelas de referência para irradiância solar espectral. Segundo Dornelles (2008), isto indica, ao nível do mar, a proporção de energia em cada região do espectro que atravessa a atmosfera e chega à superfície terrestre.

A fim de se obter a quantidade de energia que é absorvida pela superfície do componente, os valores de absortância obtidos devem ser corrigidos de acordo com a intensidade da irradiância solar, para cada comprimento de onda, a partir de um espectro solar padrão (DORNELLES; CARAM; SICHIERI, 2014).

Os dados contidos na norma ASTM G173-03 ilustram o espectro solar padrão com intervalos uniformes de comprimento de onda entre as faixas do ultravioleta, radiação visível e infravermelho. A norma afirma que propriedades óticas de materiais, como a absortância, são definidas em função do comprimento de onda, o qual necessita que a distribuição espectral do fluxo solar seja conhecida antes mesmo do cálculo do comportamento térmico do material por comprimento de onda (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, 2012a).

O espectro solar padrão considera a energia solar global, direta e indireta, conceituadas na sessão anterior. Para Dornelles (2008) ―seria ideal obter um espectro solar padrão específico para o Brasil a partir das condições atmosféricas observadas no país. Na falta de dados específicos, esta pesquisa baseou-se nos dados publicados pela ASTM (2003).‖ (DORNELLES, 2008, p. 30). Isto porque os dados da quantidade de energia que atinge a superfície da Terra, representados na norma, baseiam-se nas condições atmosféricas favoráveis para a produção de energia fotovoltaica, bem como para aplicações de exposição a intempéries, e durabilidade a uma angulação da superfície, em relação ao Sol, de 37º, representando a latitude média de diversos estados dos Estados Unidos (AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS, 2012a).

Para ajustar o comportamento espectral medido com o espectrofotômetro às condições reais atmosféricas, segundo o método apresentado em Dornelles (2008), os valores de refletância solar medidas, que subsidiam os cálculos de absortância para superfícies opacas, devem ser multiplicados por aqueles valores correspondentes à intensidade relativa da Irradiância Solar Global, por comprimento de onda, na faixa entre 300 nm e 2500 nm do espectro solar. O detalhamento desse cálculo é apresentado em Dornelles (2008).

4.2.2 RUGOSIDADE

Rugosidade é uma característica relacionada à textura do material, e pode ser definida como sendo um conjunto de pequenas irregularidades superficiais (ALVES; FERREIRA; LETA, 2011). Entende-se por irregularidade tanto a presença de grânulos superficiais quanto às ondulações características de determinado componente construtivo.

A superfície rugosa possui textura irregular, o que pode alterar a direção e dos raios solares refletidos. No caso de superfícies onduladas, como as telhas de fibrocimento sem amianto, que são objeto desta pesquisa, a absortância deve ser medida levando em conta que os raios refletidos por uma porção da superfície podem incidir sobre outro ponto do mesmo material (RORIZ, 2007) replicando a mesma reflexão solar.

Roriz (2007) apresentou, na Figura 6, um esquema de como a rugosidade pode influenciar sobre a absortância de uma superfície. A radiação solar incide em um ponto (1) do material, e uma parcela é absorvida e outra, refletida. A reflexão incide sobre outro ponto (2)

do mesmo material, e se soma à radiação solar que também incide, aumentando a energia incidente e alterando a absortância neste ponto. O processo se repete por quantos forem os pontos do material onde a energia refletida de outro incidirá.

Figura 6 - Interreflexão entre pontos na mesma telha.

Fonte: adaptado de Roriz (2007).

Com o envelhecimento natural das telhas, pode-se alterar o comportamento superficial da absortância ao passo que fenômenos como a carbonatação, eflorescência e a deposição de fungos alteram as características superficiais naturais do material. A carbonatação pode diminuir a porosidade e a irregularidade superficial típica das telhas de fibrocimento; a eflorescência pode alterar a cor superficial do material; e o desenvolvimento de fungos pode, dependendo da natureza dessa deposição, escurecer a telha ondulada de fibrocimento ou pouco influenciar de forma prática na sua aparência. Todas essas proposições serão avaliadas experimentalmente nesta pesquisa.

4.3 MÉTODOS NORMATIZADOS DE DETERMINAÇÃO DA ABSORTÂNCIA