3 CARACTERIZAÇÃO DAS
3.3. C ALOR ESPECÍFICO DO MATERIAL SECO
O calor específico do material seco é a quantidade de calor necessária para fazer variar de 1 grau a temperatura da unidade de massa de uma determinada substância, sendo designado pelo símbolo 𝐶0,
expresso em J/(kg.K). Esta propriedade depende da massa do corpo, da diferença de temperatura a que o material é sujeito, bem como da natureza do material. No caso dos sólidos a sua variação com a tem- peratura não é importante [8].
Atendendo a que o calor específico é também uma propriedade variável com o teor de humidade, para materiais que apresentem estabilidade química face à água, essa variação é traduzida pela seguinte ex- pressão, tida em conta no programa TRHUMIDADE [1]:
𝐶∗= (𝐶0+ 𝐶𝑤. 𝑈)/(1 + 𝑈) (16)
Em que,
𝐶∗ – Calor específico equivalente [J/kg.K]
𝐶0 – Calor especifico do material seco [J/kg.K]
𝐶𝑤 – Calor específico da água, considerado 4180 J/(Kg.K) no TRHUMIDADE [9] [J/kg.K]
𝑈 – Teor de humidade [kg/kg]
O princípio de ensaio habitualmente utilizado é designado por método das misturas. Este método assenta no “princípio da igualdade das trocas de calor” segundo o qual: a quantidade de calor libertada pelos corpos que arrefecem é igual à quantidade de calor recebida pelos corpos que aquecem, quando estes se encontram isolados termicamente do meio exterior [10]. O teste prevê a utilização de água como fluido calorimétrico a uma temperatura média de 60ºC (variação de 20ºC a 100ºC) e a secagem dos provetes em estufa a uma temperatura compreendida entre 102ºC e 120ºC. O método das misturas consiste em adicionar uma dada massa de material a elevada temperatura, a uma dada massa de água a baixa tempe- ratura. A temperatura de equilíbrio resultante da junção dos dois materiais deve ser determinada. Calcu- lando o calor absorvido pela água e pelo recipiente, e igualando o seu valor à expressão da quantidade de calor libertada, é possível obter o calor específico pretendido. Este método é habitualmente utilizado em materiais de isolamento térmico, onde o calor específico é uma propriedade essencial no caso de serem utilizados sob condições de fluxo de calor variável ou transitório [11].
Na norma ASTM C 351 -92b encontra-se a descrição do procedimento experimental relativo à determi- nação do calor específico de elementos de isolamento térmico. Na Tabela 3, apresentam-se os valores de 𝐶0 encontrados na literatura referentes a diferentes materiais porosos.
Tabela 3 – Valores de 𝐶0, encontrados na literatura, para diferentes materiais porosos. Material Calor específico do material
seco, 𝐶0 (J/kg.K) Fonte / autor: Betão Densidade média 1000 EN 12524 [7] Alta densidade 1000 - 940 J.C.Marechal, K. Kiessl, K.Gertis [3]
Celular 1050 J.Carvalho Lucas [1]
Gesso
Projetado 1000
EN 12524 [7]
Em painel 1000
Material Calor específico do material seco, 𝐶0 (J/kg.K) Fonte / autor: Pedra calcária Extra macia 1000 EN 12524 [7] Macia 1000 Semi-dura 1000 Dura 1000 Extra dura 1000 Madeira Contraplacado (painéis) 1600 EN 12524 [7]
Fibra (painéis) 1420 S.Hokoi,G. Horie, T. Ikeda
[3] Poliestireno Expandido 1450 EN 12524 [7] 1380 J.C. Marechal [3] Extrudido 1450 EN 12524 [7] Poliuretano Espuma rígida 1400 EN 12524 [7] - 1400 J.C. Marechal [3] Lã de vidro - 800 J.C. Marechal [3]
Barro vermelho - 920 Bernard Perrin [1]
3.4. POROSIDADE
A porosidade define-se como sendo a razão entre o volume total de vazios (poros e canais) e o volume total do material sólido, sendo designado pelo símbolo ξ ou ψ, expresso em m3/m3 ou em %, respetiva- mente. A maior parte dos materiais de construção apresenta porosidade aberta, com poros que comuni- cam entre si e com a superfície através de cavidades e canais. Nestes casos, a transferência de água no interior é muito mais célere comparativamente a elementos onde os poros não estão interligados – po- rosidade fechada [12]. A porosidade pode ser determinada de diversas formas, elencando-se de seguida, dois dos processos mais habituais.
Um dos processos de ensaio, baseia-se na pesagem do material em diversas situações. Os provetes co- meçam por ser secos em estufa até à estabilização da sua massa (m1), sendo posteriormente colocados num recipiente onde a pressão é reduzida, de modo a eliminar todo o ar existente nos vazios do material. De seguida faz-se penetrar água lentamente no mesmo recipiente, mantendo-se o vazio durante a entrada da água, por um período de um dia. Passado esse tempo, os provetes são mantidos imersos durante 24 horas, à pressão atmosférica, efetuando-se a respetiva pesagem hidrostática (m2). Rapidamente os pro- vetes são retirados da água e secos, com a ajuda de um pano húmido, determinando-se a sua massa quando ainda estão saturados (m3) [11]. A porosidade será então obtida através da expressão (19).
𝜉 =𝑚3− 𝑚1 𝑚3− 𝑚2
Outro processo corrente, para a determinação da porosidade, implica a utilização de um aparelho deno- minado porosímetro de mercúrio. A técnica do ensaio consiste em injetar um líquido não molhante, como o mercúrio, nos poros do material. Sendo o líquido não molhante, torna-se necessário aplicar alguma pressão para o fazer penetrar nos poros, que é tanto maior quanto menor for o diâmetro dos mesmos. A realização de pequenos incrementos de pressão, acompanhados da quantificação do volume de mercúrio inserido em cada acréscimo, permite traçar uma curva capaz de relacionar volume/pressão e que pode ser facilmente convertida numa curva que correlacione volume/dimensão dos poros através da equação de Washburn [8]. Assim, este método permite obter a porosidade a partir da expressão (18), bem como possibilita conhecer o raio dos poros, que estão a ser preenchidos a cada instante, através da pressão aplicada e da já referida equação de Washburn.
𝜉 =𝑉𝑎+ 𝑉𝑙 𝑉𝑠𝑜𝑙
(18)
Em que,
𝑉𝑎 – Volume da fase gasosa [m3]
𝑉𝑙 – Volume da fase líquida [m3]
𝑉𝑠𝑜𝑙 – Volume da fase sólida [m3]
A utilização deste processo para a determinação da porosidade acarreta, contudo, alguns inconvenientes [11]:
As altas pressões, muitas vezes necessárias, podem danificar os poros mais finos;
O valor da tensão superficial do mercúrio pode variar em função da presença de impurezas;
É possível uma variação no ângulo de contacto do mercúrio.
Esta técnica de ensaio foi a adotada por Vasco Freitas [1] para a determinação da porosidade e porome- tria do barro vermelho e do betão celular, bem como por Isabel Torres [8] no caso da argamassa e da pedra, nas respetivas teses de doutoramento. Os valores obtidos por estes autores fazem parte da recolha bibliográfica presente na Tabela 5. Na Tabela 4, elencam-se algumas normas de ensaio relativas à de- terminação desta propriedade.
Tabela 4 – Normas de ensaio relativas à determinação da porosidade.
Norma Descrição Domínio de Aplicação
NF B 10-503.ASTM C 20:2000 Determinação da porosidade Tijolos refratários NP EN ISSO 10545 – 3:2001 Determinação da porosidade Pavimentos e revestimentos
cerâmicos
Tabela 5 – Valores da ξ, encontrados na literatura, para diferentes materiais porosos. Material Porosidade 𝜉 (m3/m3) Fonte / autor:
Betão
- 0,153 J.C.Marechal [3]
Material Porosidade 𝜉 (m3/m3) Fonte / autor:
Pedra calcária - 0,197 Isabel Torres [8]
Madeira Fibra (painéis) 0,65 J.C.Marechal [3]
Poliestireno Expandido 0,99 J.C. Marechal [3]
Poliuretano - 0,96 J.C. Marechal [3]
Lã de vidro - 0,89 G. Humbert, Crausse [3]
Argamassa 0,264 Isabel Torres [8]
Barro vermelho - 0,28 Vasco Freitas [1]