Considerações prévias sobre conteúdo de umidade e temperatura

Para realizar a estimativa de propriedades termofísicas no programa kCúmido, são necessários como dados de entrada unicamente as variações de temperatura e fluxo de calor em cada superfície. No entanto, foram consideradas avaliações qualitativas prévias para conferir as variações no conteúdo de umidade na amostra depois de aplicada a película impermeabilizante e para conferir a distribuição de temperaturas superficiais no conjunto de amostra e sensores. Esta última avaliação levou à realização de uma simulação bidimensional da seção transversal da amostra para conferir a condição de fluxo de calor unidirecional.

7.3.1 Variações no conteúdo de umidade

Para ter uma melhor compreensão das variações no conteúdo de umidade que a amostra pode apresentar se submetida às condições climáticas, foram colocadas duas amostras na cobertura do prédio da engenharia mecânica (bloco A). As amostras permaneceram durante o mês de maio, em posição vertical e com orientação norte, expostas às condições climáticas.

Durante este período, as amostras foram pesadas com a balança Urano 25/5 no começo e no final do dia para observar as variações de massa decorrentes das condições do tempo (radiação solar, chuva). Para avaliar o efeito de utilizar um impermeabilizante, foi aplicada uma película de resina acrílica incolor de alta resistência (HYDRONORTH, 2005) em uma das amostras (A1). A Tabela 7.1 apresenta as variações de massa (Δm) nas duas amostras observadas durante o mês de maio, junto com as observações das condições climáticas.

Observa-se que, para a amostra protegida com a película impermeabilizante (A1), foram registradas em geral variações diárias de 0,005 kg, inclusive sob condições de chuva intensa. Considerando que a precisão da balança é de 0,005 kg, as variações reais de massa podem ser ainda menores. Para todo o período de observação, a amplitude de variação registrada foi de 0,030 kg, isto é, 0,31% do peso mínimo registrado.

Na amostra em que não foi aplicada a película impermeabilizante, as variações de massa são mais marcantes. De forma geral, quando não acontecem situações de chuva, a amostra perde entre 0,010 e 0,025 kg durante o dia dependendo das condições de nebulosidade (dias 9, 10, 14, 29, 30 e 31 de maio). Os ganhos de massa observados foram

devidos principalmente a situações de chuva, apresentando um aumento de até 0,115 kg em um dia (dia 11 de maio). Durante todo o período de observação, a amostra teve uma amplitude de variação de 0,310 kg. Isto representa 3,15% do valor mínimo registrado.

Tabela 7.1 – Variações na massa das amostras submetidas a condições climáticas.

A1 A2

com imperm sem imperm

m Δm m Δm

[kg] [kg] [kg] [kg]

Observações

2-mai 9:30 9,790 9,835 Parcialmente nublado. Sem chuva

18:00 9,785 -0,005 9,835 0,000 Parcialmente nublado. Sem chuva

3-mai 9:30 9,790 0,005 9,840 0,005 100% nublado. Sem chuva

17:00 9,790 0,000 9,840 0,000 100% nublado. Sem chuva

4-mai 9:00 9,795 0,005 9,845 0,005 100% nublado. Sem chuva

16:30 9,795 0,000 9,845 0,000 100% nublado. Sem chuva

Fim de semana de sol. Sem nuvens

7-mai 9:00 9,800 9,895 100% nublado.

17:30 9,805 0,005 9,920 0,025 100% nublado. Chuva fina às 10:00

8-mai Dia 100% nublado e com chuva forte

9-mai 9:15 9,810 9,960 Céu claro

17:30 9,805 -0,005 9,935 -0,025 Céu claro

10-mai 9:15 9,805 0,000 9,935 0,000 Chuva fina

16:00 9,800 -0,005 9,915 -0,020 Céu parcialmente nublado

11-mai 9:00 9,810 0,010 9,945 0,030 100% nublado com chuva da noite anterior

18:00 9,815 0,005 10,060 0,115 100% nublado com chuva forte ao meio dia

14-mai 10:00 9,815 0,000 10,110 0,050 Muita chuva do dia anterior

17:00 9,815 0,000 10,100 -0,010 Parcialmente nublado. Sem chuva

Semanas de muita chuva e temperaturas baixas

29-mai 9:30 9,805 10,145 Céu Claro

17:00 9,800 -0,005 10,130 -0,015 Céu Claro

30-mai 9:15 9,800 0,000 10,130 0,000 Céu Claro

17:15 9,800 0,000 10,120 -0,010 Céu Claro

31-mai 10:00 9,805 0,005 10,140 0,020 Chuva fraca de manhã cedo

17:00 9,800 -0,005 10,130 -0,010 Parcialmente nublado. Sem chuva

7.3.2 Distribuição de temperatura superficial por termografia

A distribuição de temperatura na superfície norte da amostra foi conferida utilizando um sistema de medição de termografia infravermelha (câmara termográfica). Esta técnica permite uma avaliação qualitativa da temperatura superficial através da captação de imagens, sem contato com a superfície, para localizar possíveis irregularidades como diferenças de temperatura entre a superfície da amostra e do fluxímetro ou discrepâncias entre os registros obtidos através de termopares e da termografia infravermelha.

O equipamento utilizado foi a câmera termográfica ThermaCam E25 da empresa Flir Systems com uma faixa de leitura de temperatura entre -20°C e 250°C (RELIABILITYDIRECT, 2006).

As medições foram realizadas no período da manhã do dia 23 de outubro de 2006. A captação de imagens foi realizada considerando uma temperatura refletiva de 35 °C e uma emissividade de radiação de onda longa de 0,95.

A Figura 7.3 apresenta as imagens registradas pela câmara termográfica em paralelo com as imagens visuais do conjunto de amostra e sensores colocados em campo, indicando a posição do termopar (Tp) e o centro do transdutor de fluxo de calor (Flx).

Observa-se uma distribuição homogênea na região central da amostra, onde foram instalados os sensores de temperatura e fluxo de calor, com pouca diferença entre a temperatura superficial do fluxímetro e da amostra (± 0,7 °C). Isto reflete uma baixa interferência do transdutor de fluxo de calor nas medições. As medições de temperatura superficial registradas pelo termopar no período em que foram captadas as imagens termográficas apresentam uma faixa de variação entre 31,1 °C e 32,7 °C. Isto é coerente com os valores registrados pela câmara termográfica para o mesmo período (12:00 às 12:20).

Tp

Flx

No entanto, a distribuição de temperaturas na superfície acusa um gradiente de temperatura na parte superior da amostra. Esta situação pode comprometer a condição de fluxo de calor unidirecional considerado como suposição no modelo de transferência de calor utilizado no programa kCúmido (equação 4.15).

7.3.3 Simulação bidimensional no programa FEHT

Para conferir a condição de fluxo de calor unidirecional na amostra, foi utilizado o programa FEHT de análise de elementos finitos (INCROPERA e DEWITT, 2003) com o objetivo de realizar uma simulação bidimensional das condições internas na amostra, a partir das medições superficiais na amostra e das medições de temperatura do ar e radiação solar nela incidente. O programa FEHT utiliza o algoritmo de Crank-Nicolson para resolver a discretização de elementos finitos em 2D, com uma capacidade de até 1000 nós.

Para obter a distribuição interna de temperaturas e fluxo de calor, é necessário definir um valor para cada propriedade térmica do componente. Este procedimento não é um impedimento no caso de componentes com propriedades desconhecidas porque a análise de elementos finitos é utilizada de forma qualitativa para observar a condição unidirecional do fluxo de calor no local em que se encontram os sensores. Assim, é necessário apenas definir uma ordem de magnitude para cada propriedade térmica. Para as simulações realizadas, foi definida uma condutividade térmica de 1,0 W/m K, um calor específico de 1000 J/kg K e uma densidade aparente de 2000 kg/m3.

O modelo elaborado para representar a seção transversal da amostra de concreto foi discretizado em elementos de 2,5 mm de espessura por 12,5 mm de altura (Figura 7.4). As condições de contorno nas superfícies verticais com orientação norte-sul foram definidas a partir das medições de temperatura e densidade de fluxo de calor registradas em campo. Na superfície horizontal inferior, foi definida uma condição de contorno usando a temperatura do ar medida em campo e um coeficiente de convecção médio de 3,0 W/m2 _{K. Na superfície} horizontal superior, além das trocas convectivas, foi considerado o fluxo de calor causado pela radiação incidente no plano horizontal. Este último parâmetro foi calculado a partir da radiação solar medida no plano vertical e da relação calculada entre a radiação incidente nos planos horizontal e vertical (Rh / Rv = 1,09) obtida do programa RADIASOL (LS, 2007) para o mês de junho na cidade de Florianópolis. A absortividade considerada no plano horizontal superior é de 0,9.

Tar q”rad hz q”sup. sul q”sup. norte Tsup. sul Tsup. norte N Tar

Figura 7.4 – Discretização e condições de contorno na seção transversal da amostra simulada. As simulações realizadas para os dias utilizados na estimativa de propriedades termofísicas mostram que a radiação solar incidente na superfície horizontal superior gera uma condição de fluxo de calor bidimensional na parte superior da amostra. A Figura 7.5 apresenta o gradiente de temperatura e linhas de fluxo de calor na seção transversal da amostra para os dias 28/06, 29/06, 14/07 e 15/07 às 12:30, em que a radiação solar é mais intensa. Observa-se que a distorção no fluxo de calor acontece nos primeiros 50 mm a partir da superfície horizontal superior, sem alterar a condição de fluxo de calor unidirecional no centro da amostra, onde são colocados os sensores de temperatura e fluxo de calor.

28/06 29/06 14/07 15/07

Figura 7.5 – Perfil de temperaturas e fluxo de calor na seção transversal da amostra.