Determinação da Massa Específica ou Densidade Aparente

Primeiramente a determinação experimental da massa específica dos materiais foi realizada através da utilização de uma balança KERN EMB200-3V com kit para cálculo densimétrico KERN YDB-01. Este equipamento encontra-se disponível no laboratório de materiais e solos da UTAD.

Tendo em conta que a sua utilização é inédita neste contexto, irá proceder-se a uma descrição detalhada da identificação e da forma de utilização deste equipamento. Este equipamento está ilustrado na Figura 4.18 e é geralmente utilizado na determinação experimental da densidade de corpos sólidos e líquidos. Para o efeito, o cálculo baseia-se no Princípio de Arquimedes [35].

Figura 4.18 - Densímetro utilizado (adaptado de [35])

As três grandezas físicas importantes a referir são a massa (m), o volume (V) e a densidade (ρ) dos corpos. A ρ pode ser quantificada através da aplicação da Equação 4.1.

𝜌 =𝑚

𝑉 (4.1)

Em que: m é a massa; V é o volume e ρ é a densidade. A unidade de densidade no sistema internacional (SI) é quilograma por metro cúbico (kg/m3) e é igual à densidade de um corpo homogéneo que ao pesar 1 kg ocupa um volume de 1 m3.

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

Tal como foi referido, o cálculo densimétrico baseia-se no princípio de Arquimedes que indica que cada corpo mergulhado num líquido perde aparentemente o peso relativo ao peso do líquido absorvido por esse corpo.

Baseado neste princípio, a densidade de um corpo sólido pode ser determinada através da aplicação da Equação 4.2.

Os corpos sólidos podem ser pesados por meio da balança (tanto no ar A como na água B). Se a densidade do líquido (ρ0) for conhecida, então a densidade do corpo sólido (ρ) pode ser determinada pela aplicação da Equação 4.2.

𝜌 = 𝐴

𝐴 − 𝐵× 𝜌0 (4.2)

Em que: ρ é a densidade aparente da amostra, A é a massa da amostra seca, B é a massa da amostra saturada e ρ0 é a densidade no líquido usado (água destilada). [35]

De forma a ganhar confiança na utilização deste equipamento e deste processo de determinação da densidade, e de modo a calibrar a balança, procedeu-se a um trabalho experimental inicial. Para o efeito, usou-se como corpo sólido de referência, uma pequena amostra de XPS. Inicialmente, encheu-se a proveta graduada de vidro com água destilada até ¾ da sua altura. Depois, mediu-se a temperatura da água destilada verificando-se que era 21⁰C, o que permite certificar que a densidade da água destilada é de 0,9980 g/cm3

.

Através da balança verifica-se o peso da amostra no ar e no líquido auxiliar dando assim o valor final da densidade aparente.

Para o XPS:

Figura 4.19 - Amostra de XPS para o cálculo densimétrico

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

 Peso da amostra saturada: -3,608 g

 Densidade aparente: 0,0256 g/cm3 = 26,6 kg/m3

De forma análoga ao XPS procedeu-se à realização da densidade dos materiais do caso de estudo.

Para o granulado da casca de pinheiro:

Figura 4.20 - Amostra do granulado da casca de pinheiro para o cálculo densimétrico

 Peso da amostra seca: 1,097 g

 Peso da amostra saturada: -2,230g

 Densidade aparente: 0,3299 g/cm3 = 329,9 kg/m3 Para a rama da cebola:

Figura 4.21 - Amostra da rama da cebola para o cálculo densimétrico

 Peso da amostra seca: 0,148 g

 Peso da amostra saturada: -0,395g

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

Para a palha:

Figura 4.22 - Amostra da palha para o cálculo densimétrico

 Peso da amostra seca: 0,153 g

 Peso da amostra saturada: -0,298g

 Densidade aparente: 0,3397 g/cm3 = 339,7 kg/m3 Para a lã de ovelha:

Figura 4.23 - Amostra da lã de ovelha para o cálculo densimétrico

 Peso da amostra seca: 0,131 g

 Peso da amostra saturada: -0,118g

 Densidade aparente: 0,5258 g/cm3 = 525,8 kg/m3 Para o granulado de caroço da espiga de milho:

Figura 4.24 - Amostra do granulado do caroço da espiga de milho para o cálculo densimétrico

 Peso da amostra seca: 0,211 g

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

 Densidade aparente: 0,1896 g/cm3 = 189,6 kg/m3

Comparando os valores obtidos com os valores apresentados anteriormente na Tabela 2.2 do Capítulo 2 verifica-se que estes valores não estarão de todo corretos. Uma das razões para isto acontecer prende-se com a dificuldade associada ao uso da balança. Na Tabela 4.1 apresenta- se os valores obtidos da densidade aparente e compara-se com os dos materiais já estudados.

Tabela 4.1 - Comparação de resultados da densidade com recurso à balança Densidade aparente (kg/m3) Materiais em estudo Granulado da casca de pinheiro 329,9 Rama da cebola 272,2 Palha 339,7 Lã de ovelha 525,8 Granulado do caroço da espiga de milho 189,6 Materiais já estudados Lã de Vidro 13 a 100 Lã de Rocha 20 a 150 Argila expandida 290 a 700 Poliestireno expandido 10 a 40 Poliestireno extrudido 10 a 40 Poliuretano 40 Cortiça (Solto) 70 a 160 Palha 70 a 120 Lã de ovelha 10 a 20 Penas de pato 26 a 34

Dados estes resultados, recorreu-se então a outro procedimento para aferir esta propriedade. Foi efetuada uma análise densimétrica no laboratório de Química da UTAD. O ensaio realizado encontra-se descrito a seguir.

A densidade aparente é a razão entre a massa da amostra e o volume que esta ocupa, incluindo os espaços vazios, permeáveis ou impermeáveis, que existem naturalmente nos materiais que não foram reduzidos a pós finos.

Por outro lado, a densidade real consiste na massa por unidade de volume, excluindo os vazios permeáveis e os espaços vazios entre as partículas que compõem a amostra.

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

No primeiro caso, as diferentes amostras foram compactadas manualmente, no interior de uma proveta de 25 cc de capacidade. Em seguida, determinou-se a massa da amostra (amostra + proveta - tara da proveta) e registou-se o volume ocupado pela amostra.

Para a determinação da densidade real, usou-se a proveta contendo a amostra compactada e, com o auxílio de um esguicho, encheu-se esta com água destilada, com cuidado para que não ficassem bolhas de ar presas no interior da amostra, até que o volume do líquido coincidisse com o volume do sólido.

Em seguida, todo o conteúdo da proveta (amostra e água) foi transferido para um funil dotado de um filtro de membrana (nylon; 0,45 micrómetros de porosidade). A mistura foi filtrada sob vácuo (trompa de água), e o volume do filtrado foi determinado e descontado do volume ocupado pela amostra.

Os resultados então foram os seguintes:

Tabela 4.2 - Densidade aparente e densidade real dos materiais de caso de estudo

Parâmetro Unidades Granulado da casca de pinheiro Rama da cebola Palha Lã de ovelha Granulado do caroço da espiga de milho Densidade aparente kg/m 3 250 140 70 60 130 Densidade real kg/m 3 310 240 260 320 180

Os resultados obtidos através deste procedimento, Tabela 4.2., mostram que o ensaio realizado através da balança densimétrica não estaria a ser realizado corretamente pois os valores obtidos neste último ensaio demonstram ser mais realistas em comparação com os valores tabelados para os materiais correntes de isolamento térmico apresentados na Tabela 2.2 do capítulo 2.

Capítulo 4 – Determinação da Microestrutura e da Massa Específica dos Materiais em Estudo

Tabela 4.3 - Comparação de resultados da densidade com recurso ao laboratório de Química Densidade

aparente (kg/m3) Materiais em estudo

Granulado da casca de pinheiro 250

Rama da cebola 140

Palha 70

Lã de ovelha 60

Granulado do caroço da espiga de milho 130 Materiais já estudados Lã de Vidro 13 a 100 Lã de Rocha 20 a 150 Argila expandida 290 a 700 Poliestireno expandido 10 a 40 Poliestireno extrudido 10 a 40 Poliuretano 40 Cortiça (Solto) 70 a 160 Palha 70 a 120 Lã de ovelha 10 a 20 Penas de pato 26 a 34

4.4.1. Considerações Finais

Uma das propriedades importantes a calcular era a densidade aparente dos materiais. Depois de analisar com recurso a uma balança verificou-se a existência de algum problema no procedimento visto dar valores elevadíssimos em comparação com os materiais já estudados. Por sua vez, recorrendo-se ao laboratório de Química e um procedimento diferente, os resultados são mais equitativos e semelhantes ao dos materiais já estudados.

Capítulo 5 – Proposta de Molde de Ensaio