I N V E S T I G A Ç Ã O E D E S E N V O LV I M E N T O
Modelação e otimização das propriedades térmicas de tijolos cerâmicos com recurso à simulação computacional pelo método dos elementos finitos Introdução Atualmente o conforto térmico é um dos fatores fundamentais na construção de novos edifícios e na reabilitação do património construído. A regulamentação e legislação existente impõem já diversos parâmetros para que um projeto garanta uma construção que cumpre todas as exigências a nível de conforto térmico e segurança estrutural. A diretiva Europeia relativa ao desempenho energético de edifícios (EPBD) define requisitos específicos para edifícios novos e existentes e introduz o conceito dos edifícios de energia quase nula (NZEBS). Neste contexto percebe-se que a eficiência energética dos edifícios é maior se as suas envolventes foram mais eficientes. A este respeito, as alvenarias de tijolo aparecem como uma contribuição significativa, nomeadamente se os tijolos cerâmicos que as constituem virem o seu comportamento térmico melhorado. Mas a investigação da resistência térmica de tijolos cerâmicos, nomeadamente de tijolos de face à vista, pode ser desmotivadora, já que os ensaios físicos se mostram morosos e com custo elevado. Assim, e com base na sua experiência no assunto, o CTCV apresenta uma nova abordagem para a determinação da resistência térmica de tijolos de face à vista (com furação vertical) através do Método dos Elementos Finitos. Este estudo permitirá otimizar a resistência térmica dos tijolos através do redesenho das suas geometrias e respetiva análise computacional, com posterior validação laboratorial. O objetivo numérico é aumentar ao máximo o Coeficiente de Transmissão Térmica dos tijolos de modo a superar os valores mínimos regulamentares portugueses e criar um produto mais eficaz termicamente.
Método dos Elementos Finitos O MEF é um método numérico avançado que permite a análise de estruturas complexas em várias áreas da engenharia e da indústria. A análise de elementos finitos consiste em subdividir a geometria que se pretende analisar em pequenas partes, denominadas de elementos, os quais passam a representar o domínio contínuo do problema.
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A divisão da geometria em pequenos elementos permite resolver um problema complexo, subdividindo-o em problemas mais simples, o que possibilita ao computador realizar com eficiência estas tarefas. É recomendado que, as infinitas variáveis desconhecidas sejam substituídas por um número limitado de elementos de comportamento conhecido. Como os elementos têm dimensões finitas, são designados de “elementos finitos”. Estes elementos são conectados entre si por pontos (nós). Ao conjunto de elementos e nós dá-se o nome de malha. Esta divisão da geometria em partes menores faz com que as equações matemáticas, que regem o comportamento físico dos elementos analisados, sejam resolvidas de forma aproximada e de forma exata. Assim, a precisão do MEF é diretamente proporcional à quantidade de nós e elementos e ao tamanho e tipos de elementos da malha, isto é, quanto mais elementos tiver uma determinada malha, maior será a precisão dos resultados da análise.
Comportamento higrotérmico das alvenarias de tijolo As paredes dos edifícios são elementos construtivos separadores de ambientes com diferentes temperaturas. Por exemplo as paredes da envolvente exterior dos edifícios que separam interior do edifício do seu exterior: se se considerar que o interior tem uma temperatura superior à temperatura exterior, o fluxo de calor através da parede dar-se-á no sentido interior – exterior. Ou seja, quando existe uma diferença de temperatura entre dois pontos de um elemento, a transmissão de calor ocorrerá sempre no sentido do ponto que se encontra a uma temperatura mais elevada para o ponto de temperatura mais baixa. Considera-se ainda que a transmissão de calor acontece com conservação da energia, ou seja, que a quantidade de calor que o ponto mais quente cede é sempre igual à quantidade de calor que o ponto mais frio recebe. Correntemente admitem-se 3 processos distintos de transmissão de calor que podem ocorrer em simultâneo: • Condução(1), • Convecção(2) • Radiação(3).
