Jonathan Willian Zangeski Novaisa*; Esdras Viana de Oliveirab; Thiago D’Orazio Joaquimb; Lydiane Abdon Lealb; Marta Cristina de Jesus Albuquerque Nogueirac; Luciana Sanchesc
Comparação do Desempenho Térmico de Painéis em EPS como Alternativa aos Tijolos
Cerâmicos no Conforto Térmico de Residências em Cuiabá-MT
Comparison of Thermal Performance of EPS Panels as Alternative to Ceramic Bricks in
Thermal Comfort of Residences in Cuiabá – Brazil
aUniversidade de Cuiabá, Programa de Mestrado em Ciências Ambientais, MT, Brasil bUniversidade de Cuiabá, MT, Brasil
cUniversidade Federal de Mato Grosso, MT, Brasil *E-mail: jonathanzangeski@gmail.com
Resumo
Cuiabá-MT é considerada uma das cidades mais quentes do Brasil, portanto cabe ao engenheiro civil buscar alternativas para amenizar o calor no interior de estruturas. Estudos mostram que o poliestireno expandido - EPS proporciona um melhor isolamento térmico e acústico, boa resistência à compressão, leveza, e fácil montagem da estrutura. Dessa forma, objetivou-se comparar o desempenho de painéis em EPS e paredes em alvenaria de tijolos cerâmicos e seu possível uso como isolante térmico na cidade de Cuiabá-MT. Os resultados obtidos com os painéis de EPS mostraram que a temperatura interna oscila pouco durante as 24 horas de coleta, diminuindo até 7º C em comparação a construção em tijolos cerâmicos.
Palavras-chave: Poliestireno Expandido. Construção Civil. Mitigação de Calor. Engenharia Civil.
Abstract
Cuiaba-MT is considered one of the hottest cities in Brazil, thus the civil engineer should seek alternatives to minimize heat inside the structures. Studies have shown that the expanded polystyrene (EPS) provides a better thermal and acoustic insulation, good compressive strength, low weight, and easy assembly of the structure. The objective of the present study was to compare the performance of EPS panels and masonry walls and their possible use as thermal insulation in the city of Cuiabá-MT. The results obtained with the EPS panels showed that the internal temperature varied little within 24 hours, decreasing to 7 º C as compared to ceramic building bricks.
Keywords: Expanded Polystyrene. Building Construction. Thermal Mitigation. Civil Engineering.
1 Introdução
A cidade de Cuiabá-MT é considerada uma das cidades mais quentes do Brasil, portanto cabe ao engenheiro civil buscar alternativas para amenizar o calor no interior de estruturas da região.
Segundo Lima e Amorim (2010), a substituição dos ambientes naturais por áreas urbanas gera aumento das temperaturas na escala local. Este fenômeno ocorre em função de vários fatores, tais como diminuição das áreas verdes, canalização dos córregos, aumento das indústrias que liberam poluentes na atmosfera, entre outras atividades inerentes à vida nas cidades que, além de gerarem o aumento nas temperaturas, causam a redução da umidade relativa, dando origem a um clima particular, denominado clima urbano.
Todos os elementos de uma estrutura são responsáveis pelo conforto térmico da edificação, porém depois da cobertura, a parede é o principal elemento responsável pela absorção de calor existente no interior da edificação (FROTA; SCHIFFER, 1995).
Sob o ponto de vista ambiental, o conforto é definido como o estado mental que expressa à satisfação do homem com o meio ambiente térmico que o circunda (LAMBERTS; NARANJO, 2011).
O sistema convencional de construção causa impactos ambientais pelos resíduos gerados, e elevada absorção de calor. Como possível solução deste problema, pode-se utilizar um painel modular leve, composto de uma alma de poliestireno expandido entre duas malhas de arame soldadas.
Há alguns anos, o EPS está no mercado, cumprindo exigências normativas de conforto térmico, desempenho estrutural e de impermeabilidade. O conceito estrutural deste processo pode ser considerado realmente monolítico, sendo esta característica que garante a estabilidade da edificação como um todo, suportando inclusive abalos sísmicos, tornando desnecessário o uso de vigas e pilares (OLIVEIRA, 2013).
O Poliestireno Expandido conhecido também como EPS ou isopor, é uma espuma formada a partir de derivados de petróleo. É um plástico celular rígido, cujo produto final é caracterizado por perolas de até três milímetros de diâmetro que sofrem expansão em ate 50 vezes do seu tamanho original (SANTOS et al., 2013). O EPS é um polímero celular rígido, (C8H8)x, que pode apresentar uma variedade de formas e aplicações. Apresenta-se como uma espuma moldada, constituída por um aglomerado de grânulos. Para a sua obtenção, o EPS é submetido a um processo de transformação física, não alterando as suas propriedades químicas (OHAMA, 1997).
Por meio do processo de polimerização do estireno em água, juntamente com a adição de um elemento expansivo, usualmente o pentano, ele sofre mudanças que o transformam em poliestireno expandido. Após a expansão, ele se denomina uma espuma termoplástica, que é classificada como material rígido e tenaz. É essencialmente de cor branca, inodoro, reciclável, não poluente e certamente é um material de excelente qualidade nas temperaturas de -70º C a 80º C (HIGGINS, 1982).
As principais aplicações do EPS são a proteção de embalagens e o isolamento térmico (AMIANTI; BOTARO, 2008). As principais características do poliestireno é sua baixa densidade (9 kg/m³ a 40 kg/m3) sendo 97% de seu volume constituído de ar, alta resistência à compressão (7000 kgf/m² até 14000 kgf/m².), baixa condutibilidade térmica, isolamento térmico, permitindo poupar energia que, durante a vida útil de um edifício, pode ser centenas de vezes superior à energia consumida durante o seu processo de fabricação (SANTOS et al., 2013), baixa absorção de água e umidade, inodoro, adere a outros plásticos, compatibilidade com a maioria dos materiais utilizados na construção civil, (cimento, gesso, cal, água), versatilidade, isolamento acústico e durabilidade.
A intensidade de radiação solar transferida para o interior dependerá da capacidade de conservar calor da envoltória e das características dos materiais de revestimento associadas a sua cor, visto que as propriedades de absorção ou reflexão de um mesmo material podem ser modificadas conforme a cor aplicada (ROMERO, 2001).
O objetivo deste trabalho foi comparar o desempenho térmico da utilização de painéis EPS na construção civil como isolante térmico, com paredes de alvenaria em tijolos
cerâmicos sob as mesmas condições micrometeorológicas, utilizando as temperaturas de superfície das paredes como parâmetro.
2 Material e Métodos
A cidade de Cuiabá, capital do estado de Mato Grosso, pertence à região Centro-Oeste do Brasil, coordenadas geográficas -15°35‘56 latitude Sul e 56°06’01 longitude Oeste. De acordo com Santos (2008), o município possui uma área de 3.224,68km², sendo dividida em 254,57km² (7,89%) de área urbana e 2.970,11km² (92,1%) de área rural. Está a uma altitude de 165 metros acima do nível do mar, localizado na província geomorfológica denominada Depressão Cuiabana.
O clima regional é do tipo Aw, segundo a classificação climática de Köppen, caracterizado por ser quente e úmido com chuvas no verão e estiagem no inverno com estações úmida e seca distintas. A precipitação pluviométrica oscila entre 800 e 1500 mm/ano (JOHNSON et al., 2013), apresentando dois períodos distintos: um chuvoso, que vai de outubro a abril, e outro seco, que vai de maio a setembro ocorrendo principalmente entre novembro a abril, meses úmidos (CHIARANDA et al., 2011).
A pesquisa foi feita em uma residência localizada no bairro Jardim Itália em Cuiabá-MT. Os dados de temperaturas superficiais das paredes foram coletados por termômetro de infravermelho modelo TI800, Instrutherm, cuja abrangência térmica é de -50º C a 1000ºm C± 1,0%, não tendo precisão decimal. As medições foram realizadas em dois cômodos; o primeiro cômodo possui alvenaria em tijolos cerâmicos e o segundo em painéis EPS de 5 cm de espessura, conforme a Figura 1.
Figura 1: Projeto arquitetônico da residência em painéis em EPS e alvenaria de tijolos cerâmicos.
Ambas as paredes analisadas estavam voltadas para a mesma direção, não havendo nenhum sombreamento externo sobre as paredes no decorrer do dia, submetidas às mesmas condições de ventilação.
Foram feitas medidas em três pontos diferentes de altura, sendo que o ponto mais baixo foi 0,80 m, altura aproximada
de uma pessoa sentada, o ponto médio foi 1,40 m, altura aproximada do peito de uma pessoa em pé, e o ponto alto na altura de 2,20 m, em três pontos paralelos igualmente espaçados.
Os dados de temperatura do ar e umidade relativa do ar foram coletados em abrigos termométricos
padrões, fornecidos pelo INMET - Instituto Nacional de Meteorologia.
A frequência de coleta de dados de temperatura foi no período da manhã, às 08h00min h, à tarde as 14h00min e à noite às 18h00min, realizando as medições durante três dias
consecutivos, 23/10/2013, 24/10/2013 e 25/10/2013. 3 Resultados e Discussão
Nos dias das medições, a temperatura e umidade relativa do ar seguiram os padrões mostrados na Figura 2.
Figura 2: Temperatura do ar (º C) e Umidade relativa do ar (%) às 0 horas, 12 horas e 18
horas, dos dias 23/10/2013 ao dia 25/10/13 em Cuiabá-MT.
Encontrou-se como temperatura do ar média dos três dias 28,9º C, e umidade relativa do ar média 65,8%. Este período corresponde à primavera no hemisfério Sul, fim do período seco e início do período úmido.
Foram feitas médias e desvio padrão da temperatura interna das paredes frontais com painéis em EPS e alvenaria de tijolos cerâmicos nas alturas de 0,8m, 1,4m e 2,2m.
Observa-se no Quadro 1 que as temperaturas da parede frontal com painel EPS aumentaram com o passar do tempo, uma vez que nos três pontos analisados, os picos de temperatura foram às 18 horas, sendo a maior média 28,89º C, e a menor média 23,44º C às 08 horas. As maiores médias de temperatura por altura foi 30º C, sendo as menores a 0,8m e as maiores 2,2m.
Quadro 1: Temperatura (º C) interna, médias e desvio padrão da parede frontal com painéis em EPS nas alturas
0,8m, 1,4m e 2,2m, em 3 pontos paralelos.
Pontos Horário 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m23/10/2013 24/10/2013 25/10/2013 Média e D.P. 1 08:00:00 25 26 27 26 26 27 27 27 28 26,56 ± 0,88 14:00:00 27 28 29 28 28 29 28 29 29 28,33 ± 0,71 18:00:00 27 28 29 28 29 30 29 30 30 28,89 ± 1,05 2 08:00:00 24 24 25 24 25 25 25 25 26 24,78 ± 0,67 14:00:00 27 27 28 27 28 28 28 28 29 27,78 ± 0,67 18:00:00 27 27 28 27 28 28 29 30 30 28,22 ± 1,20 3 08:00:00 21 21 23 23 25 25 23 25 25 23,44 ± 1,67 14:00:00 24 24 24 24 25 26 25 25 26 24,78 ± 0,83 18:00:00 24 24 24 24 25 26 26 26 27 25,11 ± 1,17 Média 25,1 25,4 26,3 25,7 26,6 27,1 26,7 27,2 27,8 26,43 ± 0,89
Observa-se no Quadro 2 que as temperaturas da parede frontal de alvenaria em tijolos cerâmicos também aumentaram com o passar do tempo, uma vez que, nos
três pontos analisados, os picos de temperatura foram às 18 horas, sendo a maior média 33,89º C, e a menor média 26,89º C às 08 horas.
Quadro 2: Temperatura (º C) interna, médias e desvio padrão da parede frontal de alvenaria em tijolos cerâmicos nas
alturas 0,8m, 1,4m e 2,2m.
Pontos Horário 23/10/2013 24/10/2013 25/10/2013 Média e D.P. 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m 1 08:00:00 31 30 30 30 30 31 31 32 31 30,67 ± 0,71 14:00:00 33 33 33 33 33 34 34 34 35 33,56 ± 0,73 18:00:00 34 34 34 34 34 35 33 33 34 33,89 ± 0,60 2 08:00:00 28 27 26 28 29 30 30 30 30 28,67 ± 1,50 14:00:00 32 32 32 32 31 33 33 33 34 32,44 ± 0,88 18:00:00 33 33 33 33 31 33 33 33 34 32,89 ± 0,78 3 08:00:00 26 25 25 26 27 28 28 28 29 26,89 ± 1,45 14:00:00 30 29 29 30 30 30 30 31 31 30,00 ± 0,71 18:00:00 31 30 30 30 31 30 30 31 32 30,56 ± 0,73 Média 30,9 30,3 30,2 30,7 30,7 31,6 31,3 31,7 32,2 31,06 ± 0,67
Ao compararem-se as temperaturas interiores dos painéis em EPS e alvenaria em tijolos cerâmicos, na Figura 3, notou-se que as temperaturas em tijolos cerâmicos são maiores do que as em painéis EPS. Nos três pontos paralelos, a temperatura foi maior nas paredes de tijolos cerâmicos. Dessa forma, os
painéis em EPS mostraram-se mais eficientes no isolamento térmico em paredes externas, reduzindo os movimentos decorrentes do diferencial de temperatura na estrutura, juntamente com a inércia térmica, que mantêm a temperatura interna da estrutura.
Figura 3: Temperatura interna das paredes frontais com painel EPS e em nas alturas 0,8m, 1,4m e 2,2m.
Calcularam-se as diferenças entre a temperatura interior de alvenaria em tijolos cerâmicos e painéis em EPS, no Quadro 3, sendo encontrada uma média geral de 4,63º C de diferença, mostrando o quanto os painéis em EPS contribuem para o
conforto térmico do interior de edificações. Nos horários de maior temperatura interior, 18 horas, essa diferença chegou a 7º C a menos no local que utilizou o painel em EPS na parede frontal.
Quadro 3: Diferenças entre temperaturas (º C) internas de alvenaria em tijolos cerâmicos e painéis EPS na parede frontal nas
alturas 0,8m, 1,4m e 2,2m.
Pontos Horário 23/10/2013 24/10/2013 25/10/2013 Média e D.P. 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m 0,8m 1,4m 2,2m 1 08:00:00 6 4 3 4 4 4 4 5 3 4,11 ± 0,93 14:00:00 6 5 4 5 5 5 6 5 6 5,22 ± 0,67 18:00:00 7 6 5 6 5 5 4 3 4 5,00 ± 1,22 2 08:00:00 4 3 1 4 4 5 5 5 4 3,89 ± 1,27 14:00:00 5 5 4 5 3 5 5 5 5 4,67 ± 0,71 18:00:00 6 6 5 6 3 5 4 3 4 4,67 ± 1,22 3 08:00:00 5 4 2 3 2 3 5 3 4 3,44 ± 1,13 14:00:00 6 5 5 6 5 4 5 6 5 5,22 ± 0,67 18:00:00 7 6 6 6 6 4 4 5 5 5,44 ± 1,01 Média 5,78 4,89 3,89 5 4,11 4,44 4,67 4,44 4,44 4,63 ± 0,55
Segundo Bauer (2012), a condutividade térmica do concreto cresce com o aumento da densidade, sendo função de sua densidade aparente. Dessa forma os painéis em EPS, formados por 97% de ar, impediram uma maior transferência de calor para o interior, uma vez que o ar é um isolante térmico natural (INCROPERA; WITT, 1998).
4 Conclusão
Ao comparar-se o desenho de painéis em EPS com tijolos cerâmicos, ficou clara a diferença causada nas temperaturas interiores dos cômodos, sendo que os painéis em EPS diminuíram em até 7º C a temperatura do interior.
Assim, fica demonstrada a importância de se utilizar estratégias de mitigação de calor no interior de cômodos, principalmente em um município considerado uma das cidades mais quentes do Brasil, ratificando a necessidade do engenheiro civil ter o conhecimento de tais estratégias e aplicá-las quando necessário.
Referências
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