NORMAS E INSTRUMENTOS DE MEDIÇÃO Apesar da grande importância do conhecimento dos índices de absortância (α) e refletância (ρ)

de superfícies, a literatura de forma geral ao longo de muitos anos acabou por tratá-los de forma superficial, considerando, simplificadamente, que cores mais escuras possuem menor refletância, quando em cores mais claras o índice é maior. Porém esta afirmação nem sempre é verdadeira, conforme apresentado por Dornelles e Roriz (2007), as cores representam apenas sensação visual e não devem ser tomadas como dominantes de propriedades físicas das superfícies.

A este respeito, percebe-se que “as publicações geralmente apresentam dados bastante genéricos, compilados a partir de mesma base de dados internacional, já consagrada há décadas no meio acadêmico” (DORNELLES, 2017). A simplificação desta relação entre cor e refletância, apesar de não estar correta, ainda é utilizada por importantes documentos internacionais considerados referência na área, como a última versão dos Fundamentos da American Society of

Heating, Refrigeranting and Air-Conditioning Engineers (ASHRAE, 2013).

pela American Society for Testing and Materials (ASTM), sendo que em todos a absortância (α) é obtida através da refletância (ρ), considerando que ambas são complementares em materiais opacos, sendo α + ρ = 1. Estes são tomados como base para as demais normas, conselhos e planos utilizados para tratar da refletância solar de superfícies opacas nos diferentes países.

2.2.1. NORMAS AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS (ASTM)

Entre os métodos de medição apresentados pela American Society for Testing and Materials (ASTM), o mais difundido e consagrado internacionalmente é o que utiliza o espectrofotômetro com esfera integradora, segundo a norma ASTM E903 Standard Test Method for Solar

Absorptance, Reflectance and Transmittance Using Integrating Spheres, com instruções para

medir estes índices em superfícies planas e revestidas com materiais opacos (ASTM, 2012a). Ao fim da coleta dos dados utilizando o equipamento, estes precisam ser ajustados conforme os valores do espectro solar padrão indicados pela ASTM G173-12 (ASTM, 2012b). Outros métodos normatizados são os apresentados pelas normas ASTM C1549 Standard Test Method for

Determination of Solar Reflectance Near Ambient Temperature Using a Portable Solar Reflectometer (ASTM, 2009) e ASTM E1918 Standard Test Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and Low-Sloped Surfaces in the Field (ASTM, 2006).

2.2.2. ASTM E903-12 – ESPECTROFOTÔMETRO COM ESFERA INTEGRADORA A norma ASTM E903-12 (ASTM, 2012a) indica a utilização de um espectrofotômetro com esfera integradora para a medição da refletância, absortância e transmitância de materiais. O espectrofotômetro é um equipamento composto pela fonte emissora de radiação (lâmpada) que gera um feixe de luz, um conjunto de elementos ópticos (espelhos) que irão conduzir esta radiação para a amostra a ser estudada, também detectores que medem a intensidade da radiação na amostra, avaliando as características espectrais da superfície em questão, transmitância, refletância e absortância (Figura 6). A fonte de radiação ideal para o espectrofotômetro deve apresentar intensidade aproximadamente constante em toda faixa de comprimento de onda estudada (330 a 2500 nm), com pouco ruído e longo período de estabilidade. Porém, um único tipo de lâmpada não satisfaz todas estas condições, portanto os espectrofotômetros, normalmente, têm dois tipos de fontes (DORNELLES, 2008).

As fontes que são comumente usadas nos espectrofotômetros que operam na região espectral do UV-Vis são: as lâmpadas de deutério (tempo de vida: 1.000 h), para excitação na região do ultravioleta (λ < 350 nm) e de tungstênio ou tungstêniohalogênio (λ > 350 nm; tempo de vida 10.000 h) para excitação na região do visível e infravermelho próximo (ATVARS; MARTELLI, 2002).

Figura 6 - Esquema de funcionamento do espectrofotômetro para captar a reflexão difusa.

Fonte: Dornelles, 2008.

A esfera integradora presente no interior deste instrumento deve ser de material altamente reflexivo e com superfície difusa, além de ser montada no centro do interior do equipamento, com a amostra posicionada por trás dela, de modo que o feixe de luz seja refletido em todas as direções, aproximando-se da reflexão hemisférica que ocorre na superfície terrestre.

Para dar início ao procedimento de medição utilizando esta metodologia, deve-se primeiramente calibrar o aparelho, processo feito colocando amostras de referência com refletâncias já conhecidas de 99% e 2%, respectivamente branco e preto de referência.

Em seguida é necessário que seja realizada a seleção das amostras utilizadas, que devem possuir dimensões reduzidas e ser uniformes, buscando que a precisão da medição seja maior, aumentando a confiabilidade do dado obtido (LEVINSON; AKBARI; BERDAHL, 2010). Após a inserção da amostra no espectrofotômetro, as medições da refletância para os comprimentos de onda do espectro solar, referentes ao ultravioleta, luz visível e infravermelho próximo, são realizadas e os dados obtidos devem ser anotados para a realização dos procedimentos de cálculo necessários.

A norma ASTM E903 apresenta ainda algumas variáveis que devem ser observadas para que a precisão e a confiabilidade da medição sejam mantidas, sendo eles a certeza de que o revestimento da esfera integradora é perfeitamente reflexivo e que está aplicado em toda a superfície da mesma, também é necessário que os fluxos refletidos não sejam perdidos pela abertura presente na esfera, e que eles não atinjam o detector sem ter passado no mínimo duas vezes pela esfera.

Ao fim da coleta dos dados utilizando o equipamento, estes precisam ser ajustados conforme os valores do espectro solar padrão indicados pela ASTM G173-12 (ASTM, 2012b), pois ele considera a incidência da radiação emitida de forma constante ao longo de todo o espectro solar, não levando em consideração variáveis como o clima, altitude e características atmosféricas (poluição, presença de vapor d’água, entre outros).

O procedimento a ser seguido é o que segue, tendo início com a obtenção da curva de intensidade relativa do espectro solar padrão, através da Equação 04:

𝐼𝑅= _𝐼𝐼()

𝑀Á𝑋 × 100 Equação 04

Sendo:

IRλ: Intensidade relativa da Irradiância Solar Global, por comprimento de onda;

I(λ): Irradiância solar global, para cada comprimento de onda (W/m²);

IMÁX: Irradiância solar global máxima do espectro solar padrão (W/m²).

Em seguida, deve ser calculada a refletância relativa das amostras por comprimento de onda conforme a Equação 05.

𝜌𝑅𝑒𝑙()= 𝐼𝑅 × 𝜌 Equação 05

Sendo:

ρRel(λ): refletância relativa, para cada comprimento de onda (%);

IRλ: Intensidade relativa da Irradiância Solar Global, por comprimento de onda;

ρλ: refletância medida em espectrofotômetro, por comprimento de onda (%).

Por fim obtém-se a Refletância Solar Ajustada ao espectro solar padrão, para a amostra analisada, conforme a Equação 06:

𝜌𝐴𝑗𝑢𝑠𝑡 =

𝑀𝑒𝑑𝜌𝑅𝑒𝑙

𝑀𝑒𝑑𝐼𝑅 Equação 06

Onde:

ρAjust = refletância ajustada ao espectro solar padrão (%);

MedρRel = Média das refletâncias relativas da amostra (%);

MedIR = Média da Intensidade Relativa da Irradiância Solar Global.

Apesar da alta confiabilidade deste método de medição de índices de refletância, absortância e transmitância das superfícies, existem situações em que o mesmo não é o mais apropriado, isto se dá primeiramente por ser um aparelho grande e pesado, com tamanho limitado para a amostra, impossibilitando que sejam realizadas medições em campo, e também porque o custo de aquisição do espectrofotômetro é alto, fazendo com que muitos profissionais e pesquisadores da área não tenham acesso a ele.

2.2.3. ASTM E1918-06 – PIRANÔMETRO O piranômetro é um equipamento utilizado conforme a norma ASTM E1918 Standard Test

Method for Measuring Solar Reflectance of Horizontal and Low-Sloped Surfaces in the Field

(ASTM, 2006). Ele é sensível a energia radiante entre os comprimentos de ondas 280 e 2800 nm, abrangendo radiação ultravioleta, visível e infravermelho próximo, e possui design com duplo domo que minimiza os efeitos de convecção interna resultante de sua possível inclinação (ASTM, 2006).

O equipamento possui, conforme apresenta a norma ASTM E1918 (ASTM, 2006), medidor de leitura que converte os dados analógicos captados pelo domo em digitais, com precisão melhor que ± 0,5% e deve ser posicionado em um braço de apoio que o mantenha a 50cm da superfície analisada, minimizando os efeitos de sombra do aparelho e de seu suporte de apoio Figura 7). Para iniciar a medição conforme esta metodologia deve-se posicionar o piranômetro em seu braço de apoio de forma que ele fique paralelo a superfície e então certificar-se de que não há outro elemento do entorno que faça sombra, além do equipamento e seu suporte. Posiciona-se, então, o aparelho voltado para cima, para medir a radiação solar recebida. Em seguida deve-se virá-lo para baixo, medindo assim a radiação refletida pela amostra. Estas medições devem ser realizadas em intervalos de 2min (ASTM, 2006).

Figura 7 - Esquema de suporte do Pirânometro.

Fonte: ASTM, 2006.

Existem equipamentos composto de dois piranômetros (um voltado para cima e outro para baixo), de tal forma que a radiação incidente (proveniente do céu) e refletida (proveniente da superfície avaliada) sejam medidas simultaneamente, sem a necessidade de virar o equipamento para cima e para baixo. Este equipamento é conhecido como Albedômetro.

O método que utiliza o piranômetro (ou albedômetro) é indicado para medições em campo para superfícies com área de no mínimo 4m de diâmetro, horizontais ou com pouca inclinação e que estejam secas, no entanto, existem alguns fatores que devem ser observados quando do seu uso. O primeiro deles é observar que o céu deve ser claro, particularmente ao redor do sol. A névoa pode mudar a distribuição de energia espectral da luz solar, e a passagem de nuvens através do sol pode levar a erros graves (LEVINSON; AKBARI; BERDAHL, 2010).

Outro fator que deve ser levado em consideração é que, pela necessidade do ângulo de incidência com relação à normal ser menor que 45°, e considerando a mudança deste ângulo com o movimento da Terra e a localidade em que a superfície se encontra, os dias e horários em que a medição da refletância solar utilizando o piranômetro pode ser realizada com segurança são

reduzidos (ASTM, 2006). Como exemplo, Levinson, Akbari e Berdahl (2010) citam que para a latitude média norte-americana de 37 ° N, as condições indicadas pela norma podem ser atendidas aproximadamente entre 08h45min e 15h20min da hora local (LST) em 21 de junho (solstício de verão), entre as 10h e as 14h LST em 21 de março (o equinócio de primavera) e 21 de setembro (o equinócio de outono).

Também é importante salientar que a refletância ao longo das superfícies externas tem variações devido às intempéries, ao desgaste e ao acúmulo de sujeira, por isso, é indicado que sejam feitas medições em três áreas diferentes da superfície, garantindo assim maior confiabilidade dos dados obtidos.

2.2.4. ASTM C1549 – REFLETÔMETRO Utilizando o refletômetro portátil, este método de medição de refletância pode ser utilizado em laboratório ou em campo, e é normatizado pela ASTM C1549 Standard Test Method for

Determination of Solar Reflectance Near Ambient Temperature Using a Portable Solar Reflectometer (ASTM, 2009).

Para realizar a medição, inicialmente deve-se esperar meia hora após o equipamento ser ligado, para que sua calibração seja realizada. Este processo deve ser repetido a cada 30min de uso do equipamento.

A amostra deve, então, ser posicionada firmemente contra a abertura de 2,5cm de diâmetro do aparelho, e mantida nesta posição até que as leituras digitais sejam finalizadas. Este método utiliza lâmpada halógena de tungstênio para iluminar a superfície avaliada, que deve ser plana, por 2 segundos em um ciclo de 10 segundos. A luz refletida é medida em ângulo de 20° por quatro detectores equipados por filtros de cor para adaptar a resposta elétrica a uma gama de comprimentos de onda do espectro solar.

2.3. NO BRASIL