Leandra Altoé1, Delly Oliveira Filho2
1. Mestranda em Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa (UFV).
2. Professor Associado do Departamento de Engenharia Agrícola, Universidade Federal de Viçosa (UFV).
RESUMO
A termografia é uma técnica baseada na detecção da radiação infravermelha emitida por objetos, possibilitando a medição de temperaturas e a observação de padrões de distribuição de calor em um determinado sistema. Existe uma vasta gama de aplicações da termografia em diversas áreas, tais como: militar, medicina humana e veterinária, industrial e engenharia civil. Entre as principais aplicações desta técnica em inspeções de edifícios, podem ser citados: detecção de infiltrações de água, localização de fendas estruturais, detecção de vazios e defeitos em materiais construtivos, estudos de conservação de energia e monitoramento de sistemas hidráulicos e elétricos presentes nas edificações. Objetivou-se com este trabalho analisar o uso da termografia em inspeções preventivas e corretivas de edifícios. Uma edificação localizada no Campus da Universidade Federal de Viçosa foi inspecionada com auxílio de uma câmara termográfica. Os registros termográficos gerados na vistoria possibilitaram a detecção de patologias construtivas e a identificação de detalhes relacionados às características térmicas da construção, possibilitando à definição de ações de manutenção da estrutura física e medidas de conservação de energia na edificação.
Termos para indexação:técnica termográfica, construções, vistorias.
INFRARED THERMOGRAPHYAPPLIED TO THE BUILDING INSPECTION
ABSTRACT
Thermography is a technique based on the detection ofinfrared radiation emitted by objects, allowing the measurement of temperatures and the observation ofpatterns ofheat distribution in a given system. There is a large variety ofthermography applications in several areas such as: military, human and veterinary medicine, industrial and civil engineering. Among the main applications ofthis technique in the inspection ofbuildings should be cited: detection ofwater infiltration, location of structural cracks, detection ofvoids and defects in construction materials, studies ofenergy conservation and monitoring of electrical and hydraulic systems present in buildings. The objective ofthis study was to analyze the use ofthermography in the preventive and corrective inspections of buildings. A building located on the Campus of Federal University of Viçosa was inspected with the aid of a thermal imager. Thermal images generated in the survey permitted the detection of constructive pathologies and the identification ofdetails related to the thermal characteristics ofthe building, allowing the definition of maintenance actions of the physical structure and energy conservation measures in the building.
ALTOÉ e OLIVEIRA FILHO, Acta Tecnológica, Vol. 7, N° 1 (2012), 55 - 59 INTRODUÇÃO
A termografia por infravermelho pode ser definida como uma técnica de avaliação baseada na detecção da radiação, possibilitando a medição de temperaturas e a observação de padrões de distribuição de calor. Esta técnica pode ser utilizada em situações que a variação de temperatura superficial pode indicar alguma condição atípica em sistema qualquer (CERDEIRA et al., 2011). Os primeiros estudos desta técnica ocorreram em 1800, com Willians Herschel e John Herschel. Em 1917, Case desenvolveu o primeiro detector baseado na interação direta entre emissão de fótons e elétrons de materiais. Em 1946, surgiu o escâner de infravermelho de uso militar, com produção de imagens em horas. Na década 60 foram desenvolvidos os primeiros dispositivos infravermelhos com formação de imagens instantâneas (CORTIZO et al., 2008).
Atualmente, a termografia infravermelha é uma ferramenta consolidada em testes não destrutivos de equipamentos e monitoramento de sistemas dinâmicos. Existe uma vasta gama de aplicações da termografia nas áreas militar, medicina humana e veterinária, industrial e engenharia civil (TITMAN, 2001).
Na inspeção de edifícios o ideal é que sejam usadas técnicas não destrutivas, de forma a não causar ou não agravar danos à edificação. A termografia por infravermelho pode ser utilizada para detectar agentes ocultos responsáveis por patologias visíveis, mas, principalmente, como instrumento de engenharia preventiva. Neste caso, é possível localizar anomalias não aparentes em fase inicial e definir as intervenções necessárias para evitar danos maiores às edificações (MENDONÇA, 2005). Na Figura 1 é apresentado um exemplo de detecção de anomalia não visível na envoltória de um edifício.
Figura 1: Detecção de uma infiltração de água não visível (MENDONÇA, 2005).
Outra possibilidade de uso da técnica termográfica em inspeções prediais é o estudo de medidas de conservação de energia. A partir da análise de imagens termográficas é possível localizar pontos de ganhos e perdas de calor na
estrutura física, o que permite a definição de iniciativas que aumentem a conservação de energia nas edificações e, consequentemente, a diminuição de custos com condicionamento artificial de ambientes, para mantê-los em condição de conforto térmico (DINIS, 2009). Exemplo disso, foi o uso desta técnica por Rosa D’Avila et al. (2010) para investigar a o comportamento térmico de um edifício em Porto Alegre. Com base nos termogramas foi detectado acúmulo de calor entre a telha e a laje da edificação. Com base nessa informação foi proposto um sistema de ventilação forçada para a retirada do ar confinado sobre a laje, com consequentemente diminuir da carga térmica que chega ao ambiente interno.
A termografia por infravermelho apresenta como principais vantagens à rapidez de inspeção, a possibilidade de interpretação das imagens em tempo real e o fato da técnica ser não destrutiva. Entre as desvantagens do método pode-se citar a necessidade dos componentes inspecionados possuírem pequena espessura e o custo relativamente alto para aquisição dos equipamentos (TARPANI et al., 2009).
MATERAIS E MÉTODOS A técnica termográfica
A técnica termográfica baseia-se na percepção do perfil de temperatura superficial pelo mecanismo de transferência de calor, uma vez que todo corpo com temperatura acima do zero absoluto (0 K ou -273,15 °C) emite radiação, devido à agitação térmica de seus átomos e moléculas (CORTIZO et al., 2008).
O processo de transferência de calor ocorre sempre que existir uma diferença de temperatura entre corpos ou entre um corpo e o ambiente pelos mecanismos de radiação, condução e convecção. O método termográfico está relacionado apenas à parcela radiativa, sendo que os sensores termográficos trabalham na faixa da região infravermelha do espectro eletromagnético (JARRETA NETO, 2009).
Segundo a Lei de Stefan-Boltzmann, a intensidade de radiação térmica emitida por um corpo é dependente da sua temperatura e da capacidade deste em emitir radiação, dada pela sua emissividade. A emissividade de um corpo é calculada pela relação entre a energia irradiada pelo corpo e a energia irradiada por um corpo negro teórico na mesma temperatura. A Lei de Stefan-Boltzmann corresponde a Equação 1.
2009).
Inspeção termográfica
Neste trabalho, foi realizada uma inspeção termográfica de um edifício presente no Campus da Universidade Federal de Viçosa (UFV), localizada em Viçosa, Minas Gerais. O município de Viçosa está situado a 20º 45’ 14” de latitude sul e a 42º 52’ 54” de longitude oeste, em uma altitude de 650 m e apresenta temperatura média anual em torno de 19 °C.
A edificação analisada foi construída na década de 1950 e passou pela última reforma geral em 2010, possui área de 233 m², paredes em blocos de concreto e cobertura em telha de amianto sobre laje de concreto armado. O edifício é atualmente utilizado para trabalhos administrativosdaUniversidadeFederaldeViçosa.
Na inspeção foi aplicada a técnica termográfica passiva (fluxo radiativo da estrutura física da edificação estimulado apenas pela energia do Sol), seguida de análise qualitativa dos termogramas, ou seja, verificação da presença de anormalidades nos perfis de distribuição de temperatura dos componentes da edificação. Foi utilizada uma câmara termográfica com as seguintes características técnicas: sensibilidade térmica de 0,05oC a 25 oC, resolução IR de 320 x 240 (76.800 pixels),
faixa de temperatura de -20 a 650 °C, precisão de 2%, fusão picture in picture e câmera visual com resolução de 3.1 MP.
Os termogramas gerados na inspeção do edifício foram avaliados com auxílio de uma ferramenta computacional específica para este tipo de análise, o qual possibilita a criação de relatórios de vistorias de sistemas físicos de diversas naturezas, incluindo construções. A inspeção foi realizada em junho de 2011, em um dia de céu aberto para melhorar a qualidade dos termogramas, mês com temperatura média do ar de 16 °C. Todas as repartições do edifício foram vistoriadas, onde, as imagens que apresentaram padrões atípicos de distribuição de temperatura foram submetidas a análises mais detalhadas.
RESULTADOS E DISCUSSÃO
câmara termográfica. Em uma inspeção termográfica, a radiação interceptada pela câmara não é proveniente apenas do objeto sobre observação, mas também do entorno, ao ser refletida no objeto, e da atmosfera. Além de participar com parte da radiação, a atmosfera atenua o valor de radiação do objeto e do entorno que será captado pelo dispositivo. Um esquema do processo de captação de radiação por uma câmara termográfica é apresentado na Figura 2. Portanto, é recomendável que o operador calibre a câmara com valores de emissividade e transmitância a cada inspeção. Os manuais de câmeras termográficas geralmente trazem tabelas com valores de referência para auxiliar o operador do equipamento (FLIR, 2011).
Figura 2:Representação esquemática de uma situação geral de medição termográfica (FLR, 2011).
O sensor da câmara termográfica converte a radiação captada em pulsos elétricos, os quais são amplificados e convertidos em sinais digitais. Estes sinais são visualizados como imagens coloridas, em uma escala de cinza ou em cores correspondente a temperatura do objeto. Posteriormente, estas imagens podem ser analisadas por softwares específicos (SANCHES, 2009). A técnica termográfica, em nível de aplicação, pode ser dividida em passiva e ativa. Na termografia passiva, é considerado que os objetos analisados contêm armazenamento interno de energia térmica ou são estimulados por uma fonte natural de calor, como energia solar. Enquanto que na termografia ativa, os objetos em análise são submetidos a uma fonte artificial de aquecimento ou resfriamento, com o objetivo de provocar o fluxo de calor necessário para geração da imagem térmica (MALDAGUE, 2001).
Na inspeção termográfica do edifício analisado foram gerados mais de 90 pares de imagens fotográfico-térmicas. Alguns termogramas com perfis de distribuição de temperatura interessantes, seja por revelar peculiaridades da distribuição de calor ou suspeitas de anormalidades na estrutura física da edificação, são apresentados nas figuras enumeradas de 3 a 7. Na Figura 3 é possível observar o perfil de temperatura da fachada frontal da edificação, onde os pontos 2 (Sp2) e 3 (Sp3) representam temperaturas da cobertura e da base da construção, respectivamente. Como o telhado é a parte da edificação que recebe maior parcela de radiação solar, é esperado um decaimento da temperatura em direção ao solo. Foi registrada uma diferença de 7,3°C entre o telhado e a base da edificação. O ponto 1 (Sp1) corresponde a uma pessoa sentada na varanda, com temperatura superficial, com medição na altura da cabeça, de 31,1°C.
Figura 3: Fachada frontal da edificação.
A Figura 4 mostra um encontro de paredes e tetos da sala de reuniões do edifício. Foi verificada uma diferença de aproximadamente 1°C entre o teto (média de Sp1 e Sp2) e a parede (Sp3). É normal que o teto apresente maior temperatura que as paredes internas, como explicado anteriormente, devido a maior carga térmica recebida na cobertura. A diferença de temperatura entre teto e paredes é dependente das propriedades dos materiais construtivos, como absortância e transmitância térmica. Além disso, é possível observar no termograma a configuração da laje de concreto armado, onde as vigas de ferro (Sp1) apresentaram maior temperatura que a massa de concreto (Sp2), em torno de 0,7 °C.
Figura 4:Teto e paredes da sala de reuniões da edificação.
O teto do corredor principal do edifício (Figura 5) apresentou uma faixa com elevação de temperatura (Sp1)
em relação à temperatura média do teto (Sp2), de aproximadamente 1,6° C. Este fenômeno é conhecido como ponte térmica (zona da envoltória em que a resistência térmica é significativamente alterada em relação à zona corrente) e é provocada por heterogeneidades geométricas ou estruturais. Em termos práticos, as pontes térmicas provocam o aumento das trocas de calor através da envoltória, com consequente elevação de consumo de energia para manter as condições de conforto térmico (EVOLA et al., 2011).
Figura 5:Paredes e teto do corredor principal da edificação.
Na Figura 6 é apresentado um ponto da edificação com problemas construtivos visíveis, correspondente à base de uma parede da sala de reuniões. A parede em questão (Sp3) apresentou temperatura menor à adjacente (Sp1) na ordem de 2°C. A menor temperatura da parede com problema construtivo deve estar associada provavelmente a presença de umidade em excesso no material construtivo. Deve-se atentar ao fato que a temperatura correspondente ao ponto com problemas aparentes foi verificada em toda região basal da parede, o que pode levar a evolução da patologia visível.
Figura 6:Piso e paredes sala de reuniões da edificação.
Diferente dos demais cômodos fechados do edifício, o auditório (Figura 7) não possui laje de concreto sob a cobertura, apenas um forro de madeira. Devido a esta diferença de isolamento, o auditório foi o local que apresentou maior temperatura no teto, com valores pontuais de até 24,1 °C (Sp1). Tal temperatura é superior às verificadas nos demais cômodos fechados em aproximadamente 5 °C, o que implica em um maior ganho de calor no ambiente interno desta repartição da edificação. Tal situação pode comprometer o conforto térmico do auditório em períodos mais quentes do ano.
Deste modo, o uso da técnica termográfica possibilitou inspecionar de forma prática e rápida o estado de conservação da estrutura física e o comportamento térmico da edificação. Não foram encontrados muitos locais com problemas construtivos, o que é condizente com o fato da última reforma geral ter sido realizada há pouco mais de um ano. O único ponto que deve ser reparado com urgência é a parede da sala de reuniões que apresentou uma patologia visível, buscando evitar a evolução da mesma. ALMEIDA, A. W. B. de. Os quilombolas e a base de lançamento de foguetes de Alcântara. Brasília: IBAMA, 2006. 12 p.
CONCLUSÕES
A técnica termográfica pode ser utilizada como uma ferramenta valiosa em inspeções de edifícios, permitindo não apenas a detecção de anormalidades na estrutura física de edifícios de forma rápida e prática, mas também a identificação de detalhes construtivos relacionados às características térmicas da edificação, auxiliando na definição de ações de manutenção da estrutura física e medidas de conservação de energia na edificação.
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