Anais do XXII Encontro de Iniciação Científica – ISSN 1982-0178 Anais do VII Encontro de Iniciação em Desenvolvimento Tecnológico e Inovação – ISSN 2237-0420 19 e 20 de setembro de 2017
AVALIAÇÃO DA TEMPERATURA SUPERFICIAL DOS MATERIAIS DE SUPERFÍCIE URBANA Bianca da Cunha Bandeira Rodrigues Faculdade de Arquitetura e Urbanismo CEATEC bibi_bandeira@yahoo.com.br
Resumo: Os materiais utilizados no envelope de edifícios e das estruturas urbanas desempenham um papel muito importante no equilíbrio térmico urbano. Este estudo avalia a temperatura superficial de amostras de cimento comumente utilizadas em superfícies urbanas. Para a avaliação da temperatura superficial 7 amostras de diferentes pigmentações foram expostas a radiação solar direta. A temperatura superficial foi obtida através da Câmera Espectrotermal FLUKE Ti110. Os resultados das medições de temperatura superficial para cada amostra foram comparados. De uma maneira geral, as amostras mais escuras alcançaram as maiores temperaturas. Portanto os materiais que não tiveram adição de pigmentação em seu traço são as melhores opções dentre os blocos de cimento para um melhor controle da temperatura superficial. Palavras-chave: temperatura superficial, superfícies urbanas, refletância solar. Área do Conhecimento: Engenharias – Engenharia Civil – Construção Civil. 1. INTRODUÇÃO No Brasil, as edificações residenciais e comerciais são responsáveis por mais de 42% do consumo de energia elétrica [1]. Isso porque grande parte dos projetos de edifícios não consideram que os materiais de construção, especialmente os que constituem a envoltória do edifício, são essenciais para a otimização de seu desempenho térmico [2]. Pelo contrário, o uso de climatização artificial acaba se tornando o instrumento indispensável para atenuar o desconforto das altas temperaturas. Santamouris [3] relata que coberturas e pavimentos correspondem a 25% e 35% das superfícies no meio urbano, respectivamente. Sendo assim, a escolha de materiais de elevado albedo na composição de superfícies urbanas é uma das técnicas de projeto mais eficazes para o controle da temperatura na escala do pedestre e para a minimização dos ganhos térmicos na edificação [4] [5].
Cláudia Cotrim Pezzuto Grupo de Pesquisa Eficiência Energética CEATEC claudiapezzuto@puc-campinas.edu.br
Conforme relatado por Wong et al [6] o planejamento consciente das cidades em região de clima tropical, pode acarretar em uma redução de até 1,2°C na temperatura média do microclima das cidades e, consequentemente, gerar uma economia de 5 a 10% dos gastos com climatização artificial para cada edifício inserido neste contexto. Ferreira e Prado [7] indicam a partir de um levantamento de pesquisas que o aumento do albedo das superfícies urbanas pode provocar uma minimização superior a 2°C na temperatura do ar. Dessa forma, pode-se ter um controle térmico eficaz tratando do problema na escala do edifício (microescala), pela utilização de materiais de elevado albedo, associados à vegetação. Partindo do pressuposto que o revestimento de cada edifício interfere significativamente nas condições climáticas urbanas, a pesquisa faz uma comparação da temperatura superficial de 7 amostras de superfícies urbanas expostas à radiação solar. 2. METODOLOGIA Esta pesquisa dá continuidade aos estudos realizados por Rodrigues e Pezzuto [8] e Rodrigues et al. [9] que avaliaram a refletância solar das amostras de cimento cinza em diferentes cores. A tabela 1 apresenta a caracterização das amostras. O traço das amostras de cimento foram na proporção de 3,9 kg de cimento branco, 11,7 kg de areia, 250 g de pó xadrez e 1,8 litros de água; e 3,9 kg de cimento cinza, 11,7 kg de areia, 250 g de pó xadrez e 2,0 litros de água. As amostras foram confeccionadas na dimensão 10 x 20 x 6,2 cm. Para a coleta de dados de temperatura superficial, as amostras foram expostas à insolação direta durante um período de 24 horas, sendo posicionadas em campo com 5 horas de antecedência de modo a a garantir um equilíbrio térmico precedido às medições. As amostras foram posicionadas no local sem interferências de obstáculos em uma mureta sobre um bloco de isopor de 5 cm de espessura, de modo que sua superfície de apoio
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atuasse como isolante térmico; dispostas a uma distância mínima entre si , para que suas temperaturas superficiais não interferissem umas nas outras. A exposição das amostras para a coleta das temperaturas superficiais ocorreu nos dias 22 de março e 22 de junho de 2017. O registro foi realizado a cada 1 hora a partir de uma Câmera Espectrotermal FLUKE Ti110. Para a coleta dos dados, fixou-se uma distância de um metro em relação aos corpos de prova. Para a obtenção dos dados de temperatura superficial foram coletadas 3 imagens a cada hora do dia. A coleta de dados de temperatura mínima, mé-
dia e máxima, foi feita a partir da seleção das superfícies de estudo por polígonos, pelo software SmartView 3.7. A tabela 1 ilustra as amostras e as respectivas absortâncias e refletâncias. Concomitantemente às medições de temperatura superficial foi feita uma coleta de dados de temperatura do ar e umidade do ar a partir do Datalogger Testo 174H (figura 3a), programado para registrar os dados de uma em uma hora durante o período de cada experimento. .
Tabela 1. Caracterização das amostras de estudo
Amostra Imagem
Cor / Pigmento
1
CCSP
Sem pigmento
69,30
30,70
2
CCPAz
Azul
72,49
27,51
3
CCPVd
Verde
73,81
26,19
4
CCPAm
Amarelo
75,81
24,19
5
CCPVm
Vermelho
86,34
13,66
6
CCPM
Marrom
90,15
9,85
7
CCPP
Preto
97,36
2,64
Absortância α (%)*
Refletância ρ (%)*
* Rodrigues e Pezzuto [8] e Rodrigues et al. [9].
3. ANÁLISE DOS DADOS As figuras 1 e 2 mostram o comportamento da temperatura do ar e umidade relativa nos dois dias de medições 22 de março e 22 de junho de 2017. Verifica-se a temperatura máxima no dia 22 de março foi de 31,7ºC, às 16h e umidade do ar mínima de 33%. Já no dia 22 de junho de 2017 a máxima foi de 27ºC, às 15h, e umidade relativa mínima de 46,7%.
Figura 1. Temperatura do ar e umidade relativa do dia 22 de março de 2017
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ximadamente entre 5 a 6 até alcançar a temperatura máxima. Durante o dia 22 de março a variação das máximas foi de 11,1 ºC, entre a amostra de cimento cinza marrom (CCPM - 63,4ºC) e pigmento azul (CCPAz - 52,3 ºC). Durante dia 22 de junho, a variação da temperatura máxima foi de 5,8 ºC entre a amostra sem pigmentação (CCSP – 40,5) e a amostra de pigmento preto (CCPP – 46,3 ºC).
Figura 2. Temperatura do ar e umidade relativa do dia 22 de junho de 2017
Os dados apresentados nas figuras 3 e 4 mostram o comportamento das temperaturas superficiais ao longo do dia. Verifica-se que os maiores contrastes ocorreram no período de aquecimento. As amostras levaram apro-
No período de resfriamento as o comportamento das amostras foram muito semelhantes. Durante o período de resfriamento as amostras nos dois dias de análises apresentaram comportamentos semelhantes. No dia 22 de março a variação foi de 1,4 ºC entre as amostras de pigmento amarelo (CCPAm - 9,7 ºC) e pigmento azul (CCPAz – 11,1 ºC). No período do dia 22 de junho a variação foi de 1,5 ºC entre as amostras sem pigmento (CCSP – 7,1) e com pigmento azul (CCPAz - 8,6 ºC). A figura 3 mostra que variação de temperatura superficial de todas as amostras nos dois períodos. Verifica-se que no período do dia 22 de junho a variação de amplitude térmica das amostras foi bem menor que no período de 22 de março.
Figura 3. Temperatura Superficial ao longo do dia 22 de março de 2017
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Figura 3. Temperatura Superficial ao longo do dia 22 de junho de 2017
Figura 4. Variação da Temperatura Superficial ao longo do dia 22 de março e 22 junho de 2017
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4. CONSIDERAÇÕES FINAIS Neste estudo 7 diferentes tipos de bloco de cimento cinza comumente utilizados nas superfícies urbanas foram avaliados a partir de seu comportamento térmico frente à exposição da radiação solar. No período do solstício de inverno, observa-se amplitudes térmicas significativamente menores em comparação com a exposição solar do equinócio. Entretanto, as refletâncias de cada amostra se mantiveram como fator determinante para a distinção dos materiais capazes de atingir as maiores temperaturas superficiais. Assim a amostra sem pigmentação apresentou o melhor desempenho dentre os blocos de cimento. A observação de seus comportamentos de aquecimento e resfriamento frente à diferentes estações em diferentes períodos auxilia a compreensão da dinâmica térmica que os materiais de superfície urbana exercem sobre as condições de conforto na escala do pedestre. Sendo assim, este estudo pode auxiliar a escolha de materiais adequados para a composição de superfícies urbanas, uma vez que mostra que a escolha consciente de materiais na escala do projeto pode minimizar os ganhos térmicos para com o ambiente.
AGRADECIMENTOS Ao PIBIC/CNPq pelo financiamento desta bolsa de Iniciação Científica.
REFERÊNCIAS [1] EPE. Balanço Energético Nacional 2016: Ano Base 2015. Rio de Janeiro, 2016. Empresa de Pesquisa Energética – EPE. Disponível em <http://www.cbdb.org.br/informe/img/63socios7. pdf>. Acesso em 24 de julho de 2017. [2] PEREIRA, C. D; MARINOSKI D. L; LAMBERTS R; GÜTHS S; GHISI, E. Guia de Medição e Cálculo para Refletância e Absortância Solar em Superfícies Opacas (v.1). Centro Tecnológico Departamento de Engenharia Civil. Universidade Federal de Santa Catarina. Convênio entre LabEEE, ELETROBRAS, PROCEL e FEESC. Florianópolis, 2015. [3] SANTAMOURIS, M. Cooling the Cities – A Review of Reflective and Green Roof Mitigation
Technologies to Fight Heat Island and Improve Comfort in Urban Environments. In: Science Direct. Solar Energy, 103, páginas 682 a 703. Elsiever, Grécia, 2014. [4] ERELL E; BONEH D; PEARLMUTTER D; BARKUTIEL P. Effect of High-albedo Materials on Pedestrian Thermal Sensation in Urban Street Canyons in Hot Climates, In: CONFERENCE, SUSTAINABLE FOR A RENEWABLE FUTURE, 29, 2013. Anais... Munique, PLEA, 2013. [5] DORNELLES, K. A; RORIZ, M. Identificação Da Absortância Solar De Superfícies Opacas Por Meio De Espectrômetro De Baixo Custo, In: ENCONTRO NACIONAL DE TECNOLOGIA NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 11, Florianópolis, 2006. Anais... Florianópolis, ENTAC, 2006. Páginas 314 à 323. [6] WONG, N. H; JUSUF S. K; SYAFII, N I; CHEN Y; HAJADI, N.; SATHYANARAYANAN H; MANICKAVASAGAM Y. V. Evaluation of the Impact os the Surrounding Urban Morphologu on Building Energy Consumption. In: Science Direct. Solar Energy, 85, páginas 57 a 71. Elsiever, Singapura, 2011. [7] FERREIRA, F; PRADO, R. Medição e Análise de sua Influência Térmica do Albedo de Coberturas em Edifícios, In: ENCONTRO NACIONAL E LATINOAMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 6, 3; 2001. Anais... São Pedro, 2001. [8] RODRIGUES, G. K; PEZZUTO, C. C. Medição da refletância e análise de sua influência nos materiais construtivos da envoltória da edificação. In: III ENCONTRO DE INICIAÇÃO EM DESENVOLVIMENTO TECNOLÓGICO E INOVAÇÃO, Anais... Campinas , 2013. [9] RODRIGUES, G. K; MUNIZ, L. P; PIMENTEL, L. L; PEZZUTO, C. C. Análise da Refletância em Diferentes Tonalidades de Cimento Branco e Cinza, In: ENCONTRO NACIONAL E LATINO-AMERICANO DE CONFORTO NO AMBIENTE CONSTRUÍDO, 13, 9; 2015. Anais... Campinas, 2015.