ensaios previstos na norma ABNT NBR 11361:2013, que estabelece os requisitos para fabricação de mantas termoisolantes à base de lã de vidro. A norma prevê outros requisitos além de condutividade térmica e densidade de massa aparente, no entanto eles não se aplicam ao isolante natural que se pretende desenvolver. Isso se deve às condições específicas de uso do compósito isolante, que será aplicado na parte interna de um coletor solar que opera numa faixa de temperatura de 70 ºC a 90 ºC, sem contato com o ambiente externo.
A fim de avaliar a resistência mecânica do material produzido, de modo a garantir sua integridade e facilidade de manuseio durante o uso, optou-se por realizar também o ensaio de flexão em três pontos, recomendado para materiais frágeis (NEWELL, 2010).
3.3.1 Ensaio de condutividade térmica
Para o ensaio de condutividade térmica foram produzidos nove corpos de prova de tamanho 100x100x20 mm. A fim de se identificar se existia relação entre o tamanho da partícula do talo de girassol e o valor de condutividade térmica do compósito, foram utilizados três tamanhos distintos de partículas para elaboração dos corpos de prova. As diferentes granulações foram obtidas por meio da utilização de três peneiras, de tamanhos 2, 3 e 5 mm, que são acessórias ao triturador utilizado. As misturas utilizadas para confecção dos corpos de prova foram feitas em triplicata, a fim de garantir a precisão dos resultados por meio da reprodutividade do método de fabricação de cada compósito. No Quadro 4, consta a representação do método de elaboração dos corpos de prova em triplicata.
Quadro 4 – Representação do método utilizado para confecção dos corpos de prova
Classificação Corpos de prova
Partícula A
(5mm) Corpo de prova 1 Corpo de prova 2 Corpo de prova 3 Partícula B
(3mm) Corpo de prova 1 Corpo de prova 2 Corpo de prova 3 Partícula C
(2mm) Corpo de prova 1 Corpo de prova 2 Corpo de prova 3
Fonte: Dados da pesquisa (2017).
Para cada formulação, utilizando um dos três tamanhos de partículas avaliados, denominados (A, B e C), foram elaborados três corpos de prova, com as mesmas características e condições de fabricação, resultando em nove compósitos divididos em três subgrupos. Todas
as nove amostras foram elaboradas de acordo com o processo e formulação apresentados anteriormente, alterando somente o tamanho da partícula em cada um dos três subgrupos.
Foi medida a condutividade térmica de cada uma das amostras elaboradas. Os testes foram realizados pelo Centro Brasileiro de Eficiência Energética em Edificações (CB3E), da Universidade Federal de Santa Catarina, em julho de 2016. A determinação da condutividade térmica foi feita utilizando o dispositivo ilustrado na Figura 13, conforme o método previsto na Norma Técnica ASTM C-518: “Standard Test Method for Steady-State Thermal Transmission Properties by Means of the Heat Flow Meter Apparatus”.
Figura 13 – Princípio do método de medição da resistência térmica usado na avaliação da condutividade térmica do compósito
Fonte: Centro Brasileiro de Eficiência Energética em Edificações (CB3E) (2016).
A resistência térmica foi determinada a partir da Lei de Fourier:
𝑅 = 𝑇1 − 𝑇𝑞 2 𝐴
Onde “R” é a resistência térmica (m2 K/W), “q” é o fluxo de calor médio medido pelos fluxímetros 1 e 2 (W) e “T1” e “T2” as temperaturas médias nas superfícies das amostras e “A”
a área da amostra. Considerando que a amostra é homogênea, determinou-se a condutividade térmica do material (λ) através da razão entre a espessura da amostra e a resistência térmica. A temperatura média do ensaio foi de 25 ºC e a incerteza estimada em 3%.
3.3.1.1 Análise Estatística
A fim de identificar se havia diferença significativa entre os valores de condutividade térmica obtidos com as diferentes formulações testadas, os resultados de condutividade térmica de cada um dos corpos de prova foram submetidos à análise de variância (ANOVA), suas médias ajustadas pelo método dos quadrados mínimos ordinários e comparadas pelo teste de Tukey ao nível de significância de 5%.
A partir do resultado dessa análise, foi escolhido um tamanho de partícula, que foi utilizado para confecção das demais amostras testadas nos ensaios de densidade de massa aparente, resistência mecânica e ensaio em uso para a análise comparativa.
3.3.2 Ensaio de resistência mecânica
Para determinação da resistência mecânica do compósito foi realizado o ensaio de flexão em três pontos, indicado para materiais frágeis como é o caso do talo de girassol. Para realização do ensaio foram confeccionadas três amostras de tamanho 160x40x30 mm, elaboradas com a composição escolhida mediante os resultados do teste de condutividade.
Conforme ilustra a Figura 14, o método consiste em aplicar uma força (F) na superfície superior da amostra, colocando essa superfície sob compressão. Um par de apoios, separados a uma distância (L), sustenta a parte inferior da amostra. À medida que a amostra começa a dobrar, sua parte de baixo é submetida a uma tensão de tração, cujo valor máximo ocorre no ponto médio entre os apoios inferiores.
Figura 14 – Representação do método de ensaio de flexão em três pontos usado na determinação da resistência mecânica das amostras
Fonte: Askeland e Wright (2014, p. 175).
fórmula:
A tensão de ruptura (F) foi determinada com o auxílio de um anel dinamométrico da marca Solotest, com capacidade para 675 kgf acoplado a uma máquina universal de ensaios também da marca Solotest, disponibilizados pelo Laboratório de Materiais de Construção Civil (LMCC) da Universidade Federal de Santa Maria, observado na Figura 15.
Figura 15 – Equipamento utilizado para realização do ensaio de resistência à flexão das amostras
Fonte: Dados da pesquisa (2017).
3.3.3 Ensaio de densidade de massa aparente
Este ensaio foi conduzido conforme método previsto na Norma ABNT NBR 11356: 1989, que é utilizada para determinação da densidade de massa aparente de isolantes térmicos à base de fibras minerais – painéis, mantas e feltros. Para determinação da densidade do compósito, foram utilizadas três amostras de tamanho 405x366x50 mm, elaboradas com a
composição escolhida mediante os resultados do teste de condutividade, seguindo as mesmas condições de fabricação descritas anteriormente.
A densidade das amostras foi medida com base no seu peso (em kg) e nas suas dimensões volumétricas (em m3) e determinada por meio da razão entre sua massa e volume. Para a obtenção dos dados, utilizou-se um paquímetro analógico da marca Mitutoyo e uma balança digital Solotest, com capacidade para 10 kg, ambos disponibilizados pelo Laboratório de Materiais de Construção Civil da UFSM.