ISOLANTE TÉRMICO À BASE DE FIBRA VEGETAL

ISOLANTE TÉRMICO À BASE DE FIBRA VEGETAL

Fernanda Alves Ribeiro, landra_ar@yahoo.com.br2 Fabíola Fernandes da Silveira, biulinhafs@hotmail.com3 Synara Lucien de Lima Cavalcanti, Synara2004@hotmail.com4 Luanda Kívia Rodrigues de Oliveira, luandakivia@gmail.com5

1,2,3,4,5 _{UFRN, Depto Eng.Mecânica (PPGEM), Centro de Tecnologia, Campus Lagoa Nova, Natal-RN}

RESUMO. Dada a indiscutível necessidade de preservação ambiental, as fibras naturais têm sido vistas como uma

salutar alternativa para fabricação de compósitos em substituição às fibras sintéticas, vítreas e metálicas. Neste trabalho, analisou-se o comportamento de um compósito feito com fibra da casca do coco como reforço e látex como matriz, quando submetido a uma fonte de calor. Verificaram-se os perfis de temperatura nas superfícies interna e externa do compósito assim como o gradiente de temperatura no mesmo. Analisou-se também o comportamento deste compósito quando submetido a uma fonte fria. Como conseqüência, em função das respostas do sistema, conclusões foram tiradas.

Palavras – Chave: Fibra natural, Compósito

,

1. INTRODUÇÃO

A grande maioria das aplicações de isolamento térmico em sistemas domésticos, comerciais e industriais na faixa de baixa e média temperatura (até 110ºC), é feita principalmente utilizando-se materiais agressivos à natureza tais como: lã de vidro, lã de rocha, poliuretano, poliestireno entre outros. Tais materiais, apesar da eficácia na retenção do fluxo de energia térmica, além de terem custo considerado, quando descartados demoram anos para serem absorvidos pela natureza. Daí, tentando adequar-se a uma política mundial acerca da preservação do meio ambiente, iniciou-se um estudo com o intuito de se criar um isolante térmico composto de materiais naturais e que sejam mais acessíveis à biodegradação. Para isto, escolheu-se como principal fonte de matéria prima o coco (Cocos nucifera

Linnaeus - Arecaceae), um fruto abundante no Nordeste brasileiro, cujo revestimento (exocarpo) é rico em fibras

naturais. O mesmo, por ser descartado, induz um baixo custo e baixo valor agregado, daí, optou-se por usar estas fibras como reforço do compósito a ser utilizado como isolante térmico.

2. METODOLOGIA 2.1. Material utilizado

Como material para análise, a fibra do coco foi usada no estado seco, natural, do distrito municipal de São José de Mipibú-RN/Brasil. As fibras tiveram o diâmetro e o comprimento que oscilavam entre 0.3 a 0.6 milímetros e 150 a 230 milímetros, respectivamente. A retirada das fibras da casca e sua limpeza foram feitos manualmente (Mendes - 2000). Como aglomerante a ser usado para a formação do compósito, um material natural também foi utilizado – que foi o látex, natural do estado do Acre - Brasil. Posteriormente, as fibras foram entrelaçadas dando forma a uma manta onde o latex foi inserido para a formação do compósito isolante térmico. As figuras 2.1 e 2.2 mostram o compósito térmico e seus constituintes, respectivamente.

Figura 2.1. Compósito. Figura. 2.2. Constituintes (MEV 76x).

2.2. Resistência ao fluxo de calor em sistemas quentes

A grande variação de temperatura através da massa do material caracteriza o gradiente de temperatura deste material, o qual está associado com a resistência deste material ao fluxo de calor. Para análises desta propriedade uma fonte de calor foi utilizada em um pino circular de aço carbono 1020 com 20 mm de diâmetro, 120 mm de comprimento e uma fonte de potência de 110 watts. Envolvendo o pino circular aquecido foi colocado o compósito térmico de fibra e látex de 20 mm de espessura. Inseriram-se três termopares de cobre-constantan (tipo T) no compósito sendo um localizado na interface compósito pino circular, outro a 10 mm de distância da superfície do pino e outro na superfície externa do compósito. Os termopares foram conectados a uma placa de aquisição de dados de 16 canais que estava conectada a um computador através das quais as curvas de temperatura x tempo foram traçadas. O experimento foi efetivado de acordo com a norma ASTM C-518-76. A figura 3 ilustra o experimento.

2.3. Resistência ao fluxo de calor em sistemas frios

O comportamento do compósito isolante térmico natural em sistemas frios foi analisado em um túnel de vento com 140 cm de comprimento, seção transversal de entrada de 50 cm x 25 cm e seção de teste de 25 cm x 25 cm. Os experimentos foram conduzidos colocando-se no interior do túnel cápsulas de alumínio com diâmetro externo de 28,5 mm, diâmetro interno de 22,5 mm e altura de 82,5 mm, com volume interno de 26,8 cm3, onde no interior do qual existia um bloco de gelo cuja temperatura foi monitorada por termopares tipo T inseridos através de um orifício na tampa da cápsula. Os termopares foram conectados a uma placa de aquisição de dados com dezesseis canais, a qual estava conectada a um computador. As cápsulas de alumínio foram submetidas a um fluxo de ar com velocidade de 1,5 m/s medidas através de um anemômetro de fio quente, sendo que uma cápsula estava sem isolamento (padrão) e outra estava envolvida com uma camada de 10 mm do compósito isolante natural. A figura 2.4 ilustra detalhes do sistema utilizado.

Figura 2.3. Aleta aquecida e isolada.

Conversor de voltagem compósito Resistência elétrica aleta Tin Tinterm. Text.

Figura 2.4. Túnel de vento: a- cápsulas com gelo , b - ventilador, c – seção de teste.

3. RESULTADOS E DISCUSSÕES

3.1. Resistência ao fluxo de calor em sistemas quentes

A baixa difusão do calor por parte do compósito, ficou comprovada quando na análise do gradiente de temperatura no compósito. Verificou-se neste experimento uma temperatura de 175ºC na interface pino aquecido – compósito, seguidos de valores de 70ºC e 55ºC para distâncias da interface de 5mm e 10 mm respectivamente. Portanto, verificou-se um gradiente de temperatura de 120ºC em apenas 20 mm de espessura do material analisado, ou seja, do isolante térmico, denotando claramente a característica de retenção de calor do mesmo, como observa-se na Figura 2.5.

0 50 100 150 200 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Superfície aquecida (aleta) Superfície interna média do isolante superfície externa do isolante

T e m peratura ( o C) Tempo (min)

3.2. Resistência ao fluxo de calor em sistemas frios

Observando-se a Figura 2.6, nota-se que após 30 min, enquanto a temperatura da cápsula padrão aumentou de 0,5ºC para 21,4ºC, portanto 20,9ºC. A cápsula isolada com o compósito natural passou de 0,5ºC para 1,2ºC, i.e., apenas 0,7ºC de aumento; a diferença entre as duas cápsulas foi de T = 20,2ºC, após 50 min, a diferença de temperatura entre as duas cápsulas diminuiu para T = 18ºC; 1 h depois, a diferença ficou em T = 18,9ºC, denotando pela diferença de temperatura entre as mesmas a eficiência do compósito isolante.

Tempo (min.)

Figura 2.5. Gradiente de temperatura no compósito.

Tempe ratura (K)

° Tin face

° Tinterm.

° Text face.

Figura 2.6. Resistência ao fluxo de calor: padrão x compósito.

Portanto, os resultados mostrados anteriormente tanto no que tange a sistemas quentes como no que tange a sistemas frios, denotam claramente a viabilidade de aplicação técnica do material analisado a ser utilizado como isolante térmico.

4. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao CNPq, ao PPGEM e ao DEM-UFRN pelo apoio para desenvolvimento desta pesquisa.

5. REFERÊNCIAS

ASTM C-518-76, norma técnica.

Chou, P.J. and D.Ding, 2000, "Characterization of Moisture Absorption and Its Influence on Composite Structures", Journal of Thermoplastic Composite Materials, Vol.13, pp.207-211.

Mendes, J.U.L., 2000, "Development of A Composite Biodegradable For Thermal Isolation", TheoryofDoctorate, PDCEM/UFRN, Natal, Brazil, pp.82-83.

Mendes, J.U.L. and Silva, L.C.F., 2003, “Fibers of the Coconut in the Composition of Bricks Soil-Cement”, Inter American Conference On Non-Conventional Materials and Tecnologies in the Eco-Construction and Infrastructure”, Joâo Pessoa, Brazil, p.74.

Satyanarayana, K. G. S, 2000, "Lectures on Composite Materials Natural With Fibers", Course of Academical Extension, UFRN, Natal, Brazil.

6. DIREITOS AUTORAIS

Os autores são os únicos responsáveis pelo conteúdo do material impresso, incluído neste artigo.

Tem p erat ura (K ) 303 298 293 288 283 278 273 Tempo (min.)

THERMAL INSULATION BASED ON VEGETABLE FIBER

Fernanda Alves Ribeiro, landra_ar@yahoo.com.br2 Fabíola Fernandes da Silveira, biulinhafs@hotmail.com3 Synara Lucien de Lima Cavalcanti, Synara2004@hotmail.com4 Luanda Kívia Rodrigues de Oliveira, luandakivia@gmail.com5

1,2,3,4,5 _{UFRN, Depto Eng.Mecânica (PPGEM), Centro de Tecnologia, Campus Lagoa Nova, Natal-RN}

Abstract. Given the indisputable need for environmental preservation, natural fibers have been seen as a healthy alternative for manufacturing composites to replace synthetic fibers, vitreous and metallic. In this work, we analyzed the behavior of a composite made with the coconut husk fiber as reinforcement and latex as the matrix, when subjected to a heat source. There have temperature profiles in the inner and outer surfaces of the composite as well as the temperature gradient therein. It was also analyzed the behavior of the composite when subjected to a cold source. As a consequence, depending on the system responses, conclusions were drawn.