UNIVERSIDADE FEDERAL DE PELOTAS

Centro de Desenvolvimento Tecnolgico

Curso de Engenharia de Materiais

Trabalho de Concluso de Curso

ANLISE DO DESEMPENHO TRMICO DE COMPSITOS DE CIMENTO

BRANCO ESTRUTURAL ADITIVADOS COM FIBRAS VEGETAIS

Oscar Giordani Paniz

Pelotas, Dezembro de 2014

Oscar Giordani Paniz

Anlise do desempenho trmico de um compsito de cimento branco

estrutural aditivado com fibras vegetais

Trabalho de Concluso de Curso apresentado ao Centro de Desenvolvimento Tecnolgico da Universidade Federal de Pelotas, como requisito para a obteno do ttulo de Bacharel em Engenharia de Materiais.

Orientadora: Profa. Dra. Margarete Regina Freitas Gonalves

Coorientador: Prof. Dr. Antnio Shigueaki Takimi

Pelotas, Dezembro de 2014

Oscar Giordani Paniz

Ttulo: Anlise do desempenho trmico de um compsito de cimento branco

estrutural aditivado com fibras vegetais

Trabalho de Concluso de Curso aprovado, como requisito parcial, para obteno do grau de Bacharel em Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnolgico, Universidade Federal de Pelotas.

Data da Defesa: 15 de Dezembro de 2014

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Margarete Regina Freitas Gonalves (Orientadora)

Doutora em Engenharia de Minas, Metalrgica e de Materiais pela Universidade

Federal do Rio Grande do Sul

Prof. Dr. Antnio Shigueaki Takimi (Coorientador)

Doutor em Engenharia de Minas, Metalrgica e de Materiais pela Universidade

Federal do Rio Grande do Sul

Prof. Msc. Patrcia Soares Bilhalva dos Santos

Mestre em Engenharia de Materiais Renovveis pela Universidad del Pas Vasco

Prof. Dr. Neftal Lenin Villarreal Carreo

Doutor em Qumica pela Universidade Federal de So Carlos

Dedico este trabalho a minha famlia, especialmente minha me, meu pai e minhas irms. Tambm dedico a todos os amigos que me ajudaram, apoiaram e acolheram durante toda essa jornada de aprendizado.

Agradecimentos

Agradeo primeiramente a minha me Liane, por todo o seu esforo e

dedicao, que desde sempre me apoiou e me guiou, ajudando nos melhores e

piores momentos, e junto de meu pai Oscar mostrou a importncia do carter e dos

princpios que um homem deve ter e seguir, conduzindo-me por fim a este momento.

Agradeo minhas irms Victria e Valentine, que foram de fundamental

importncia sempre, e nesses anos longe de casa foram muito mais que um apoio,

mas um alicerce.

Agradeo minha tia T, minha v Noemi, e minha saudosa v Ambile, pelos

anos todos dedicados aos sobrinhos, netos e toda a famlia.

Um agradecimento especial a minha linda companheira de todas as horas

durante a graduao, Letcia, que foi meu porto seguro nestes anos todos, me

acompanhando nas horas difceis longe de casa e da famlia, com todo seu amor,

carinho e dedicao.

Aos amigos que se perderam no tempo, os que ficaram, e os muitos

conquistados, ficam meus agradecimentos, pelos momentos de alegria, pela

companhia e o suporte, mas agradeo especialmente a minha grande amiga

Vanessa, que me incentivou, escutou e sempre soube o que dizer nas horas em que

eu me vi perdido no caminho, ou quando minha teimosia era demasiadamente

grande.

No posso deixar de citar meus grandes amigos de faculdade Eduardo e

Tainara, e os que gentilmente me acolheram em suas casas Marina, Thas, Jssica,

Benhur, Gustavo e Charles. Vocs foram grandes companheiros do dia a dia, nas

aulas, no laboratrio e sem dvidas fizeram a diferena na minha jornada.

Pela amizade e pelos anos todos trabalhando junto fica meu agradecimento

aos parceiros Jos Euclides, Gian, Juliana, Caio, Faili, Igor, Guilherme, e tantos

outros que de alguma forma participaram. Muito deste trabalho no seria realizado

sem a ajuda de vocs.

Obviamente no poderia deixar de agradecer aos professores e servidores do

curso de Engenharia de Materiais pelos anos de convvio e pelo conhecimento

cedido, que certamente me ser til na minha jornada profissional, entretanto tenho

que expressar aqui toda minha gratido a minha querida orientadora, Professora

Margarete, que l no incio de tudo me apresentou a engenharia de materiais e me

fez querer prosseguir neste curso, que at ento era um enigma para mim, e desde

ento tem me apoiado, guiado e orientado.

A todos estes, e tambm aos demais que aqui por ventura no foram citados,

mas que de alguma forma contriburam nessa jornada, muito obrigado!

Resumo

PANIZ, Oscar Giordani. Anlise do desempenho trmico de um compsito de cimento branco estrutural aditivado com fibras vegetais. 2014. 78f. Trabalho de Concluso de Curso Bacharel em Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnolgico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2014

Apesar da crise econmica que atualmente assola as principais economias do

mundo, as previses para a maioria das naes, principalmente as em

desenvolvimento, de crescimento econmico para os prximos anos. Com isso,

uma parcela significativa da populao que, at o momento no dispunha de acesso

a uma srie de produtos e servios, ter a possibilidade de consumi-los. Como

consequncia as indstrias precisaro produzir mais, necessitando de uma maior

quantidade de matria prima e energia. Alm disto, o maior consumo de bens por

parte da populao em geral elevar o consumo energtico nos centros urbanos,

visto que ser preciso abastecer os equipamentos que garantem maior

comodidade no dia a dia, tais como os ventiladores e ar condicionados. Contudo

sabido que o crescente acesso a bens de consumo contribuem para o total

esgotamento do planeta e do meio ambiente. Uma das formas de combater tal

situao desenvolver novos produtos que se utilizem de fontes renovveis ou de

resduos como matria prima. Tambm, preciso desenvolver tecnologias que

aumentem a eficincia energtica e reduzam o consumo. Estudos indicam que o uso

de isolantes trmicos em residncias aumenta a eficincia energtica e o consumo

se reduz em at 50%. Baseado nos princpios da proteo ambiental, melhoria da

qualidade de vida e sustentabilidade, o presente trabalho estuda o desenvolvimento

de um compsito de cimento branco estrutural aditivado com fibras vegetais

extradas de talos de casca de banana para a aplicao como isolante trmico na

construo civil.

Palavras-chave: reciclagem; fibras vegetais; compsitos; placas termo isolantes.

Abstract

PANIZ, Oscar Giordani. Thermal Performance Analysis of Non-wood Fibers Reinforced White Cement Sheet. 2014 78f. Final Work for the Undergraduate Bacharel em Engenharia de Materiais, Centro de Desenvolvimento Tecnolgico, Universidade Federal de Pelotas, Pelotas, 2014

Despite the economic crisis that has gripped the major economies of the world

today, the forecasts for most nations, especially the nations in development, is of

economic growth for the coming years. With this, a significant portion of the

population that until now did not have access to a variety of products and services,

have the possibility of enjoy them. As a result of this increase, the industrial

production grow and require a greater amount of raw material and energy. One way

to tackle this situation is to develop products that use renewable sources or waste

such as raw material. There is also a need to develop technologies that increase

energy efficiency and reduce consumption. Studies indicate that, with the use of

thermal insulation and with energy efficiency, the consumption reduces by up to 50%

on homes. The present work, based in this last principles, developed plates thermal

insulating using as raw material, structural white cement and lignocellulosic fibers,

extracted from stalks of banana peel, seeing that these are an excellent source of

fibers for use as an additive in non-woods reinforced cement plates

Keywords: Lignocellulosic fibers, recycling; composites; lates end insulators

Lista de Figuras

Figura 1 - Grfico mostrando a relao entre a distncia Inter atmica e a energia

potencial; ................................................................................................................... 19

Figura 2 - Diferentes apresentaes da l de rocha. ................................................. 25

Figura 3 - Diferentes apresentaes da l de vidro. .................................................. 26

Figura 4 - Diferentes apresentaes da vermiculita .................................................. 27

Figura 5 - Placas de cortia usadas como revestimento interno com a inteno de

melhorar a eficincia trmica; .................................................................................... 28

Figura 6 - Painel de Fibra de coco com interior de cortia; ....................................... 28

Figura 7 - Isolantes trmicos a base de fibra de celulose (lignocelulsica) (a) na

forma de flocos (b) aplicado no interior de paredes ................................................. 29

Figura 8 - Diferentes apresentaes do poliuretano. ................................................. 30

Figura 9 - Placas de isolante de poliestireno expandido. .......................................... 31

Figura 10 Placas de isolante de poliestireno extrudado. ........................................ 31

Figura 11 - Diferentes perfis de consumo energtico no Brasil. ................................ 33

Figura 12 - Consumo de energia em uma edificao de acordo com a fase na qual

ela se encontra. ......................................................................................................... 34

Figura 13 - Classificao dos materiais compsitos; ................................................. 38

Figura 14 - Caractersticas geomtricas e espaciais de partculas da fase dispersa:

(a) concentrao, (b) Tamanho (c) forma, (d) distribuio e (e) orientao; ............. 39

Figura 15 - Fenmenos que podem ocorrer durante a propagao de trincas em um

compsito fibrocimento. ............................................................................................ 41

Figura 16 - Ilustrao de um coqueiro e corte longitudinal de um coco, onde

possvel observar a proporo entre a casca e a polpa. ........................................... 42

Figura 17 - Classificao dos tipos de resduos de madeira ..................................... 43

Figura 18 - Placa termo Isolante de Cimento Branco no estrutural. ........................ 44

Figura 19 - Desempenho trmico de placas termo isolantes de cimento branco no

estrutural aditivadas com fibras de talos de casca de banana. ................................. 45

Figura 20 - Fluxograma com as etapas desenvolvidas no trabalho. ......................... 48

Figura 21 - Etapas para obteno de fibras vegetais: (a) talos, (b) talos

desmembrados, (c) Talos descascados, (d) Talos cortados, (e) talos autoclavados e

(f) fibras maceradas e lavadas .................................................................................. 49

Figura 22 - Ensaio de teor de Extrativos solveis e Lignina insolvel ....................... 50

Figura 23 - Preparao de amostra para anlise da rea de seco das fibras (a)

fibras embutidas em resina e (b) cortes transversais analisados. ............................. 53

Figura 24 - Seco de fibras vegetais coradas. ........................................................ 53

Figura 25 Forma utilizada na confeco das placas. ............................................. 55

Figura 26 - Placas com (a) 0%, (b) 5% e (c) 10% de fibras aps 28 dias de cura ... 56

Figura 27 - Placa cimentcia cortada para ensaio de flexo a 3 pontos; ................... 56

Figura 28 - Ensaio de flexo de 3 pontos. ................................................................. 57

Figura 29 - Ensaio de absoro de gua: corpos de prova secos (a) e imersos em

gua (b). .................................................................................................................... 57

Figura 30 - Esquema do aparato utilizado para medir o desempenho trmico dos

compsitos. ............................................................................................................... 58

Figura 31 - Grfico de teor de extrativos solveis. .................................................... 60

Figura 32 - Grfico do teor de lignina insolvel. ........................................................ 60

Figura 33 Micrografia da fibra vegetal isolada obtida por microscopia tica (a)

aumento de 40x; (b) a cavidade interior, aumento de 200 x. ................................... 61

Figura 34 Micrografia de fibra isolada obtida por microscopia ptica, aumento de

40x. ........................................................................................................................... 61

Figura 35 Micrografia das microfibrilas da fibra vegetal obtida por microscopia

ptica, aumento de 40x. ............................................................................................ 62

Figura 36 Micrografia da fibra vegetal obtida por microscopia eletrnica de

Varredura; ................................................................................................................. 62

Figura 37 Ensaio de flexo a trs pontos da massa com 0% de adio de fibras

vegetais. .................................................................................................................... 63

Figura 38 - Ensaio de flexo a trs pontos da formulao de massa com 5% de

adio de fibras vegetais. .......................................................................................... 64

Figura 39 - Ensaio de flexo a trs pontos da formulao de massa com 10% de

adio de fibras vegetais. .......................................................................................... 64

Figura 40 Anlise comparativa das tenses de flexo a trs pontos das trs

formulaes. .............................................................................................................. 64

Figura 41 Teor de absoro de gua das trs formulaes propostas. ................. 65

Figura 42 - Desempenho Trmico de placas com 0% de fibras ................................ 66

Figura 43 - Desempenho Trmico de placas com 5% de fibras ................................ 66

Figura 44 - Desempenho Trmico de placas com 10% de fibras .............................. 67

Figura 45 Grfico do percentual de calor retido pelas placas com diferentes teores

de fibra. ..................................................................................................................... 67

Figura 46 - Relatrio Mquina de ensaio universal ................................................... 76

Figura 47 - Relatrio da Mquina de ensaio universal; ............................................. 77

Lista de Tabelas

Tabela 1 - Composio qumica de diferentes fibras vegetais. ................................. 46

Tabela 2 Propriedades fsicas de diferentes fibras vegetais .................................. 46

Tabela 3 - Formulaes de massa dos compsitos testados; ................................... 54

Tabela 4- Valores mdios usados para o clculo da razo aspecto das fibras

vegetais. .................................................................................................................... 63

Lista de Equaes

Equao 1 - Equao da expanso linear em funo de uma variao na

temperatura ............................................................................................................... 19

Equao 2 - Calculo da expanso volumtrica em funo da variao da

temperatura; .............................................................................................................. 20

Equao 3 Clculo da condutividade trmica. ........................................................ 21

Equao 4 - Clculo do teor de Extrativos solveis. ................................................. 50

Equao 5 - Clculo teor de lignina insolvel. ........................................................... 51

Equao 7 - Calculo para razo de aspecto;............................................................. 52

Equao 8 - rea mdia de seco transversal das fibras obtidas ........................... 52

Equao 9 - Determinao para o dimetro estimado das fibras. ............................. 54

Equao 10 - Calculo do teor de absoro de gua. ................................................ 58

Equao 11 - Calculo do percentual de calor retido pelas placas; ............................ 59

Sumrio

Agradecimentos .......................................................................................................... 4

Resumo ....................................................................................................................... 6

Abstract ....................................................................................................................... 7

Lista de Figuras ........................................................................................................... 8

Lista de Tabelas ........................................................................................................ 11

Lista de Equaes ..................................................................................................... 12

1. Introduo ....................................................................................................... 15

2. Objetivos ......................................................................................................... 17

2.1 Objetivos Gerais ........................................................................................... 17

2.2 Objetivos Especficos ................................................................................... 17

3. Reviso Bibliogrfica ...................................................................................... 18

3.1 Propriedades trmicas dos materiais ............................................................... 18

3.2 Isolantes trmicos ............................................................................................ 23

3.2.1 Isolantes de origem mineral ...................................................................... 24

3.2.2 Isolantes de origem vegetal ...................................................................... 27

3.2.3 Isolantes de origem sinttica ..................................................................... 29

3.3 A eficincia energtica e o conforto trmico nas edificaes ........................... 32

3.4 A cincia dos materiais, os compsitos e a reciclagem ................................... 35

4. Materiais e Mtodos ........................................................................................... 48

4.1. Matrias primas .............................................................................................. 48

4.2. Caracterizao das fibras de talos de casca de banana................................. 50

4.3 Obteno dos compsitos de cimento e fibras vegetais .................................. 54

4.4 Caracterizao dos compsitos de cimento e fibras vegetais ......................... 55

4.5 Limitaes da Pesquisa ................................................................................... 59

5. Resultados e Discusso ..................................................................................... 60

5.1 Caracterizao das fibras vegetais .................................................................. 60

5.2 Caracterizao dos compsitos de cimento e fibras vegetais ........................ 63

6. Concluses ........................................................................................................ 68

7. Referncias Bibliogrficas .................................................................................. 69

Apndices.................................................................................................................. 74

Ensaio de Absoro de gua ................................................................................ 75

Ensaio de Flexo a trs pontos ............................................................................. 76

Analise de Dimetro e rea de seo Mdia ......................................................... 78

15

1. Introduo

Nas ltimas dcadas diversos veculos de comunicao e entidades de

proteo ambiental vm alertando a populao para a crescente escassez de

matrias primas, principalmente as no renovveis. Bastos (2007) afirma que as

perspectivas para o futuro so de esgotamento de diversas fontes, por conta do

aumento do consumo, fruto do crescimento populacional. Dessa forma novas

tecnologias devem ser desenvolvidas, para suprir a demanda crescente.

Segundo Isolani (2011), o consumo de combustveis fsseis, usados para

satisfazer a necessidade energtica global, responsvel por boa parte das

alteraes climticas do planeta e se as emisses de CO2 permanecerem nos nveis

atuais estima-se um aumento de 1,4C na temperatura mdia global, ao passo que

se estas aumentarem o acrscimo na temperatura mdia pode chegar at a 5,8C.

Vale ressaltar que, atualmente, menos de 30% da populao mundial consome mais

de 70% da energia produzida. Para o autor, as consequncias do aquecimento

global j so sentidas com o derretimento das calotas polares, aumento nos nveis

dos mares, eroso da costa martima, perda da biodiversidade, etc., e tendem a

aumentar devido ao aumento no consumo de energia provocado em parte pela

ascenso da populao de menor poder aquisitivo a uma melhor condio

econmica. Isolani destaca que imprescindvel dar incio a uma revoluo

energtica, incentivando a reduo de energia e o uso de fontes renovveis para o

desenvolvimento e subsistncia da populao.

Contudo, a busca de fontes alternativas e renovveis no basta, se o perfil de

consumo permanecer inalterado. necessrio aumentar a eficincia energtica em

diversos setores, para que obtenhamos o real desenvolvimento sustentvel,

permitindo que a populao atual desfrute dos confortos disponveis, sem com isso

ceifar as geraes futuras destas comodidades.

Um dos setores aonde o consumo energtico vem crescendo o residencial.

A populao em geral busca a cada dia maiores comodidades que lhes permitam

viver com mais qualidade de vida, fazendo com que o consumo de bens e energia

16

se eleve. Segundo Cruz (2009), nas residncias o conforto trmico alcanado

apenas em 14,7% das horas anuais e o correto emprego de materiais neste perodo

possibilitaria uma economia de 30% a 50% de energia.

A preocupao com a produo de energia e a eficincia energtica no so

os nicos elementos que podem contribuir para o desenvolvimento sustentvel. O

desenvolvimento de novos materiais com propriedades trmicas que proporcionem

maior eficincia energtica nas construes, os chamados termo isolantes, tambm

podem ajudar. Atualmente, existem no mercado produtos para tal aplicao que, em

sua maioria, produzem impactos ao meio ambiente, tanto na sua produo quanto

no seu descarte, fazendo crescer a preocupao com a necessidade de

desenvolvimento de novos materiais que consigam convergir s propriedades

trmicas com a reduo do impacto ambiental.

Buscando atender os princpios acima expostos, neste Trabalho de

Concluso de Curso ser apresentada a anlise do desempenho trmico de um

compsito de cimento branco estrutural aditivado com fibras vegetais, visando a sua

aplicao como isolante trmico. As fibras vegetais utilizadas so originrias de talos

de casca de banana. Com a reciclagem do talo da casca de banana, alm da

reduo do impacto ambiental provocado pelo descarte de matria orgnica, busca-

se diminuir o consumo de energia a partir da explorao das propriedades isolantes

da fibra utilizada.

17

2. Objetivos

2.1 Objetivos Gerais

O presente trabalho tem como objetivo geral avaliar o desempenho trmico de

um compsito de cimento branco estrutural aditivado com diferentes teores de fibras

vegetais, extradas de talos de casca de banana, visando sua aplicao como

isolante trmico.

2.2 Objetivos Especficos

Obter e caracterizar qumica e fisicamente fibras vegetais oriundas de talos de

casca de banana;

Produzir diferentes formulaes de cimento branco estrutural e fibras vegetais;

Obter placas de matriz cimentcia aditivadas com diferentes percentuais de fibras

(0%, 5% e 10%);

Avaliar as propriedades fsicas e mecnicas das placas;

Avaliar o desempenho trmico das diferentes formulaes

18

3. Reviso Bibliogrfica

3.1 Propriedades trmicas dos materiais

Para produzirmos um bom isolante trmico preciso, primeiramente,

entender como os materiais se comportam sob a ao do calor, visto que todos os

materiais apresentam propriedades trmicas.

Segundo Callister (2012), a energia sob forma de calor absorvida pelos

slidos, podendo promover aumento de sua temperatura e do seu volume, ser

transferida para regies mais frias e por fim promover a fuso e/ou a degradao do

material. Dentre as principais propriedades trmicas destacam-se a capacidade

calorfica, a expanso trmica, a condutividade trmica, a difusidade trmica, a

radiao e a conveco.

Capacidade Calorfica

A capacidade calorfica a habilidade de um material absorver calor de sua

vizinhana e com isso promover o aumento de sua temperatura.

Para os isolantes trmicos, a capacidade calorfica uma propriedade

importantssima, visto que estes so utilizados para evitar trocas trmicas entre o

ambiente interno e o externo, sendo necessrio impedir ou minimizar o fluxo de calor

pela superfcie deste material. Ao apresentar uma alta capacidade calorfica o

material permite um fluxo de calor maior, a indesejvel troca trmica e a reduo de

sua eficincia energtica.

Vale ressaltar que o isolante trmico no minimiza o fluxo de calor externo por

conta apenas da capacidade calorfica, mas tambm por conta de sua espessura,

como citado por Cruz (2009). Alm disto, os termo isolantes evitam tanto o

aquecimento de um ambiente sob ao de elevadas temperaturas, como a perda de

calor de ambientes aquecidos em regies mais frias.

19

Expanso Trmica

A expanso trmica o resultado do afastamento dos tomos. Tal fenmeno

pode ser melhor compreendido consultando a curva mdia da energia potencial em

funo do espaamento atmico, como mostra a figura 01, e dependendo do tipo de

material e da fora das suas ligaes interatmicas maior ou menor ser a expanso

trmica (CALLISTER, 2012).

Figura 1 - Grfico mostrando a relao entre a distncia Inter atmica e a energia potencial;

Fonte: gua Um olhar integrado http://www.c2o.pro.br/automacao/x3369.html

Os materiais de um modo geral quando submetidos a uma diferena de

temperatura sofrem variao em seu comprimento ou em seu volume. Essa variao

pode ser expressa conforme equao 1.

00

= ( )

Equao 1 - Equao da expanso linear em funo de uma variao na temperatura

20

Onde lf e l0 correspondem, respectivamente, ao comprimento final e inicial, Tf e T0

correspondem temperatura final e inicial e o componente l chamado de

coeficiente linear de expanso, sendo esta uma propriedade intrnseca do material.

Analogamente possvel estimar a expanso volumtrica de um material,

podendo esta ser calculada pela equao 2.

0

= ( )

Equao 2 - Calculo da expanso volumtrica em funo da variao da temperatura;

Onde Vf e V0 correspondem, respectivamente, ao volume final e inicial, Tf e T0

correspondem, respectivamente, temperatura final e inicial e o componente v

chamado de coeficiente volumtrico de expanso, que nos materiais isotrpicos1

corresponde a 3l, mas em materiais anisotrpicos2 esse valor varia conforme a

orientao cristalogrfica do material.

Os materiais metlicos apresentam coeficientes de expanso intermedirios,

ao passo que os materiais polimricos apresentam elevada expanso quando

aquecidos. Os materiais cermicos podem apresentar coeficientes baixos e

intermedirios, sendo que os que tem estrutura cbica e amorfos apresentam

coeficientes isotrpicos. As demais estruturas cristalinas cermicas so

anisotrpicas e podem contrair quando aquecidas em uma direo e expandir na

outra, dependendo da sua composio qumica. Para os cermicos importante um

baixo coeficiente de expanso e a isotropia pois minimizam os riscos de trincas e

fraturas por choque trmico.

1 Materiais cujas propriedades no variam conforme a direo analisada.

2 Materiais cujas propriedades variam com a direo analisada.

21

Condutividade Trmica

um fenmeno onde o calor migra de regies mais quentes para zonas mais

frias e para isso ocorrer o material deve ter maior capacidade de transferir calor.

Matematicamente, essa propriedade pode ser descrita como na equao 3.

q = k (T

x)

Equao 3 Clculo da condutividade trmica.

Onde q o fluxo de calor por unidade de tempo por unidade de rea (perpendicular

ao fluxo), k a condutibilidade trmica do material e (

) representa o gradiente de

temperatura atravs do meio condutor.

Os mecanismos para o transporte de calor nos slidos so dois, por ondas de

vibrao na rede chamadas de fnons, e por eltrons livres. A condutibilidade total

resultado da soma desses dois mecanismos.

Geralmente um dos mecanismos se sobressai ao outro, dependendo do tipo

de material. A condutividade por fnons resultado do movimento vibracional da

rede cristalina, da regio mais quente para a mais fria, j a condutividade eletrnica

depende de eltrons livres que ganham energia na regio mais quente e se chocam

com tomos da regio de menor temperatura, promovendo ento o seu

aquecimento. Este segundo mecanismo mais evidente em materiais onde existe

uma maior densidade de eltrons livres, como nos metais, o que faz esses melhores

condutores de calor.

Materiais cermicos so bons isolantes, devido ao reduzido nmero de

eltrons livres, se comparados aos metais e a menor eficincia da condutibilidade

por meio de fnons, por conta das imperfeies da rede cristalina. Entretanto,

cermicos cristalinos apresentam um espalhamento mais eficiente de fnons e maior

condutibilidade. Tambm, vale ressaltar dois aspectos que influenciam na

condutibilidade dos materiais cermicos, a temperatura e a porosidade, visto que em

temperaturas elevadas o espalhamento dos fnons se torna mais acentuado e a

22

porosidade reduz a condutibilidade em funo da lenta e ineficiente transferncia de

calor pelos poros.

Nos materiais polimricos a condutibilidade se d por meio de vibraes,

translao e rotao das cadeias polimricas, sendo o grau de cristalinidade o

principal determinante para uma maior ou menor eficincia na conduo de calor.

Assim como os cermicos, os polmeros so bons isolantes, principalmente com a

presena de poros.

Difusidade trmica

A difusidade trmica determina a relao entre a capacidade de um material

armazenar energia e conduzi-la. Materiais que possuem baixa difusidade transferem

mais lentamente as variaes de temperatura entre as faces quente e fria.

Radiao

A radiao uma forma de propagao de calor que no necessita de um

corpo material, sendo esta emitida na forma de ondas eletromagnticas e/ou ftons,

por todo material que se encontra em temperatura acima de 0 Kelvin. O fluxo de

calor radiante est diretamente ligado com a emissividade do material, que

corresponde capacidade de uma superfcie fornecer energia trmica, comparado

com um corpo negro, sendo assim o tipo de material e seu acabamento devem ser

considerados para a melhora da eficincia trmica em isolantes trmicos.

Conveco

A conveco uma troca de calor que ocorre entre dois corpos, sendo que um

deles pelo menos deve ser um fludo. Em um primeiro momento a troca trmica

entre os corpos se d por conduo, e posteriormente, em virtude de modificaes

no fludo, este se desloca de forma cclica, formando correntes de conveco.

23

3.2 Isolantes trmicos

A ASTM C168 define isolantes trmicos como o material, ou conjunto de

materiais que so utilizados para promover a resistncia ao fluxo de calor.

Segundo Cruz (2009), os isolantes trmicos tm diversas finalidades, tais

como condicionar a temperatura em um ambiente, conforto trmico, proteo de

estruturas para evitar trincas por expanso trmica (dilataes em lajes),

conservao e estocagem de alimentos, economia de energia, etc., e so

largamente utilizados em diversas aplicaes, como eletrodomsticos (geladeiras,

freezers, climatizadores, etc.), automveis, edificaes, etc.

Nas edificaes, Silva (2006) afirma que os isolantes trmicos tm como

funo retardar o fluxo de calor, reduzindo as trocas trmicas entre o exterior e o

interior e a necessidade de sistemas de climatizao. O autor ainda destaca que ao

utilizar esses materiais conserva-se a energia com a reduo das perdas de calor,

se obtm controle da temperatura superficial de equipamentos e estruturas, controla-

se processos qumicos dependentes de temperatura, previne-se a condensao em

superfcies e reduz-se as flutuaes trmicas, melhorando o conforto trmico.

So considerados isolantes trmicos os matrias que apresentam,

principalmente, elevada porosidade, condutividade trmica menor que 0,065 W/mC

e resistncia trmica maior que 0,5m.C/W. esperado que, alm da baixa

condutividade e elevada resistncia ao calor, estes tambm apresentem:

Baixa massa especfica;

Incombustibilidade ou auto-extinguibilidade;

Estabilidade qumica e fsica;

Alto calor especfico;

Baixa difusidade trmica;

Baixo coeficiente de higroscopicidade;

Facilidade na aplicao;

Resistncia ao ataque de roedores, insetos e fungos;

Ausncia de odor;

Economia.

24

Contudo, como difcil reunir este conjunto de fatores em um nico material,

deve-se procurar agregar o maior nmero destes quanto possvel (Cruz, 2009).

Segundo a sua natureza, a origem dos isolantes trmicos pode ser mineral,

vegetal ou sinttica.

3.2.1 Isolantes de origem mineral

L de rocha

A l de rocha um isolante trmico composto por fibras de origem mineral,

formada a partir do basalto aglomerado com resinas orgnicas sintticas, podendo

ser utilizada em forros divisrias, dutos de ar condicionado bem como em tubulaes

de baixa, mdia e alta temperatura. Segundo Silva (2006), sua condutibilidade

trmica de 0,04 (W/moC). As principais propriedades deste material so:

Excelente isolamento trmico e acstico;

Neutralidade qumica, sendo pH neutro e no corrosvel;

Imputrescvel;

Anti-parasita;

Incomburente;

No nociva sade (apesar de ser necessrio o uso de vestimentas

apropriadas para o seu manuseio);

No poluente;

Bom custo benefcio.

No mercado a l de rocha pode ser encontrada na forma de painel (figura 2a),

manta (figura 2b), manta revestida com plstico auto-extinguvel (figura 2c), manta

com kraft aluminizada, manta revestida com telas metlicas, tubos e calhas.

25

Figura 2 - Diferentes apresentaes da l de rocha.

Fonte: Isar - www.isar.com.br/images/slider/Image_SubCategory_27092012173631_03.jpg

Equipe de Obra - equipedeobra.pini.com.br/construcao-reforma/43/imagens/i312068.jpg

Celprom - www.celprom.com.br/wp-content/uploads/2012/03/img_isopor.jpg

L de vidro

A l de vidro um isolante trmico composto por fibras de origem mineral,

formada a partir da slica e sdio aglomerados por resinas sintticas em um alto

forno. Segundo Silva (2006), sua condutibilidade trmica de 0,04 (W/moC). Dentre

as suas principais caractersticas e vantagens esto:

Facilidade na manipulao;

Incombustvel e no propagadora de chamas;

No passvel de deteriorao;

No favorece a proliferao de fungos e bactrias;

(a)

(b) (c)

26

No perde suas propriedades em ambientes da alta salinidade;

No atacada ou destruda por roedores.

No mercado a l de vidro comercializada na forma de painel (figura 3a),

tubos (Figura 3b), manta, manta ensacada com polietileno, manta aluminizada

(figura 3c), manta revestida com feltro e manta de fibro-cermica.

Figura 3 - Diferentes apresentaes da l de vidro.

Fonte: Isar - www.isar.com.br/images/slider/Image_SubCategory_27092012175849_01.jpg

Construindo - http://construindo.org/la-de-vidro/

Vermiculita expandita

A vermiculita expandida um isolante trmico mineral da famlia das micas,

que quando submetido a elevadas temperaturas expande-se at 20 vezes, devido

superposio das suas lamnulas, gerando poros de grande tamanho e aumento na

sua capacidade de isolamento. Destacam-se como suas principais propriedades e

caractersticas:

Baixa densidade (entre 80 e 120 kg/m)

Baixa condutibilidade;

Incomburente;

Insolvel em gua;

No txico;

No Abrasivo;

Inodoro;

(a) (b)

27

No sofre decomposio, deteriorao ou apodrecimento.

No mercado a vermiculita comercializada a granel, na forma de placa (figura

4a) e de blocos (figura 4b).

Figura 4 - Diferentes apresentaes da vermiculita

Fonte: Sitio das Lareiras - www.sitiodaslareiras.com/artigos_isolamento.htm

Refratil - www.refratil.com.br/images/produtos/vermiculita-expandida

3.2.2 Isolantes de origem vegetal

Cortia

A cortia um vegetal conhecido por sua baixa densidade, elasticidade,

impermeabilidade e excelente desempenho termo acstico, propriedades resultantes

de sua estrutura celular e seus constituintes. Segundo Silva (2006), sua

condutibilidade trmica de 0,045 (W/moC).

Os painis (Figura 5) obtidos a partir da prensagem da cortia se destacam

pelas propriedades trmicas, isolamento vibracional, preveno de condensao,

isolamento acstico, elasticidade, estabilidade dimensional, compressibilidade e

imputrescibilidade.

um material 100% natural que apresenta durabilidade ilimitada sem perder

propriedades, podendo ser utilizado externamente em fachadas, e reciclvel.

(a) (b)

28

Como inconveniente esse material inflamvel e possui maior peso se comparado a

outros isolantes.

No mercado a cortia comercializada a granel e na forma de placa (figura

5).

Figura 5 - Placas de cortia usadas como revestimento interno com a inteno de melhorar a eficincia trmica;

Fonte: Mendes (2012)

Fibras de coco

Os isolantes de fibras de coco apresentam-se na forma de placas e painis

compostos com cortia (Figura 6). As fibras de coco so constitudas basicamente

de celulose e lignina. Estas so rgidas, versteis por conta de sua resistncia e

resilincia, possuem propriedades acsticas e so de fcil reciclagem. As

desvantagens desse isolante so a rigidez, que dificulta o corte, e a inflamabilidade.

Segundo Silva (2006), sua condutibilidade trmica de 0,044 (W/moC).

Figura 6 - Painel de Fibra de coco com interior de cortia;

Fonte: Mendes (2012)

29

Fibras de celulose ou lignocelulsicas

Os isolantes de fibras de celulose ou lignocelulsicas, ainda que possuam

baixa densidade e condutibilidade, so raros e pouco difundidos. Os disponibilizados

no mercado so oriundos do reaproveitamento do papel que triturado e misturado

a aditivos que minimizam os efeitos da ao do fogo e de microorganismos. As

vantagens desse tipo de isolante so sua origem renovvel, a sustentabilidade

agregada e os riscos mnimos a sade. Possuem como desvantagem a

suscetibilidade ao fogo e a umidade. So comercializados na forma de flocos (Figura

7a).

Figura 7 - Isolantes trmicos a base de fibra de celulose (lignocelulsica) (a) na forma de flocos (b) aplicado no interior de paredes

Fonte: Alibada - portuguese.alibaba.com/product-free/isofloc-f-cellulose-insulation-material-for-

blow-in-method-125935283.html

Widmer-holzbauag - www.widmer-holzbauag.ch/isofloc.html

3.2.3 Isolantes de origem sinttica

Poliuretano

Os isolantes trmicos de poliuretano so formados por um isocianato, um

poliol e um gs expansvel. Suas propriedades isolantes esto relacionadas ao

elevado nmero de poros formados. So comercializados na forma de mantas

(a) (b)

30

(Figura 8a) e tubos (Figura 8b) de espumas rgidas e flexveis, protegidas da ao

dos microrganismos, roedores e insetos. Possuem resistncia qumica a maioria dos

solventes e, segundo Silva (2006), sua condutibilidade trmica de 0,03 (W/moC).

Figura 8 - Diferentes apresentaes do poliuretano.

Fonte: Brasi Foam -spumacarautomotive.com/mercado.htm

Aecweb - www.aecweb.com.br/guia/p/isolantes-termicos_4_81_487_1_0

Poliestireno expandido

O isolante de poliestireno expandido destaca-se por ser reciclavel. Possui

baixa densidade (sendo constitudo de 98% de ar), grande capacidade de

isolamento e baixo custo. Durante a reao qumica de expanso o seu volume

chega a ser 50 vezes maior que o original, e os painis so constitudos de diversas

clulas fechadas. Suas caractersticas principais so a leveza, baixa condutibilidade,

resistncia e estabilidade estrutural, baixa absoro de umidade, resistncia ao

de microrganismos, insetos e outros animais. Segundo Silva (2006), sua

condutibilidade trmica de 0,04 (W/moC). Comercialmente so obtidos na forma de

placas (Figura 9)

31

Figura 9 - Placas de isolante de poliestireno expandido.

Fonte: Jonobras - http://www.jonobras.pt/isolamentos-e-impermeabilizacoes/4438-poliestireno-

expandido-eps.html

Poliestireno extrudado

O isolante de poliestireno extrudado (Figura 10) difere do poliestireno

expandido porque no absorve gua, no propaga chamas, no apodrece, de fcil

instalao e possui estrutura mais uniforme. utilizado principalmente em fachadas

e coberturas. Segundo Silva (2006), sua condutibilidade trmica de 0,035 (W/moC).

Figura 10 Placas de isolante de poliestireno extrudado.

Fonte: Flickr - https://www.flickr.com/photos/tags/alysom/

32

3.3 A eficincia energtica e o conforto trmico nas edificaes

Segundo Ganho (2011), com o aumento aparente do nvel de vida e o

consequente aumento da exigncia de conforto trmico em conjunto com o

desenvolvimento tecnolgico, prev-se que o consumo com climatizao cresa

gradualmente. Esse fenmeno j pode ser observado com o elevado uso de

aparelhos de climatizao decorrente das temperaturas cada vez mais elevadas no

vero e mais baixas no inverno. Com isso o acrscimo no consumo por vezes

ultrapassa a capacidade do sistema e tem gerado preocupao com relao aos

impactos ambientais, e com isso a busca pela eficincia energtica fica cada dia

mais em evidncia.

De uma forma genrica, a eficincia energtica pode ser conceituada como a

qualidade no uso da energia para os fins que ela serve a sociedade, visto que as

atividades da sociedade, atualmente, so dependentes de uma ou mais fontes de

energia.

A intensidade no consumo varia de acordo com diversos fatores, como

aspectos geogrficos, socioeconmicos, indicadores tecnolgicos, etc., isso porque

a populao escolhe de acordo com suas necessidades um conjunto de bens e

servios responsveis pelo consumo energtico. Essas necessidades variam

desde questes bsicas como a conservao de alimentos, passando por

mobilidade, itens de conforto, entretenimento, etc., e para promover a conservao

da energia no devemos apenas eliminar itens de necessidade, mas sim buscar

uma forma de fazer o mesmo com uma menor quantidade de energia, utilizando e

desenvolvendo equipamentos e meios mais eficientes, consumindo energia

moderadamente.

A importncia da eficincia energtica tanta que ela est includa no plano

nacional de energia de longo prazo, que prev ganhos decorrentes de progressos de

eficincia. A figura 11 apresenta dados do Programa Nacional de Eficincia

Energtica (Procel) relativos ao perfil de consumo energtico nos setores

residencial, pblico e comercial, destacando o elevado percentual de energia

33

consumido para a climatizao dos ambientes. O levantamento indica ser maior o

crescimento do consumo de energia no setor residencial, sendo este de 55%.

Figura 11 - Diferentes perfis de consumo energtico no Brasil.

Fonte: Poliquezi (2012)

No setor residencial, at o final do sculo XX, o conforto trmico das

edificaes era obtido sem levar em considerao a eficincia trmica dos produtos

utilizados, o que resultou em elevados ndices de consumo e em desperdcio

acentuado de energia e de materiais.

Apesar de apresentarem grandes impactos ao meio ambiente, desde a sua

construo at a sua demolio, os edifcios provocam os impactos ambientais mais

34

significativos durante a sua utilizao, pois esta alm de ser a fase mais duradoura

de seu ciclo de vida a que apresenta um maior consumo energtico, como ilustra a

figura 12, fruto dentre outros motivos da baixa eficincia energtica dos produtos

utilizados e do elevado consumo de energia para melhorar o conforto trmico.

Figura 12 - Consumo de energia em uma edificao de acordo com a fase na qual ela se encontra.

Fonte: Ganho (2011)

medida que a disponibilidade de energia foi se reduzindo ficou evidenciada

a sua limitao e a necessidade de obteno de eficincia energtica nas

edificaes. Para promover o uso racional da energia nas residncias, em 2003, o

governo atuando de forma conjunta com os Ministrios de Minas e Energia,

Ministrio das Cidades, Universidades, Centros de pesquisas e entidades

governamentais e da construo civil instituiu o Programa Nacional de Eficincia

Energtica em Edificaes, conhecido como Procel Edifica, que promoveu aes

junto a indstria, o comercio e a sociedade para a melhoria do rendimento de

instalaes e equipamentos eltricos e mecnicos, visando a reduo do consumo

de energia, dentro das normas e sem afetar a segurana, para garantir o

fornecimento a longo prazo. A Procel estima ser possvel reduzir consumo nas

edificaes novas e antigas em 50% e 30%, respectivamente, adotando os

conceitos de eficincia.

Aprimorar a eficincia trmica em edifcios uma tarefa complexa que

depende de vrios fatores que devem ser considerados:

35

Forma e localizao da edificao;

Orientao e captao de energia solar;

Tipo de material empregado;

Uso ou no de isolantes trmicos internos e externos apropriados para a

situao;

Tipo de cobertura empregada;

Quantidade de pavimentos;

Vidros e janelas;

Cor das paredes;

Sistemas de ventilao natural e forado;

Sistemas de aquecimento e arrefecimento;

Sistema de aquecimento de gua;

Sistemas de produo de energia renovvel.

No Brasil, em geral, as caractersticas construtivas das edificaes que

apresentam materiais isolantes inadequados, bem como um pssimo

aproveitamento da energia solar, afetam diretamente as condies de conforto das

habitaes e geram a necessidade de climatizao ambiental artificial com efeitos

diretos de aumento do consumo de energia. Atualmente, na construo civil estes

aspectos j esto sendo observados e os materiais mais amplamente utilizados

como isolantes trmicos so os naturais e os industrializados. Segundo Cruz (2006),

entre os materiais naturais destacam-se a cortia, penas de aves, cascas de cereais,

argilas expandidas e fibras vegetais e no grupo dos industrializados destacam-se os

isolantes de poliuretano, poliestireno expandido, l de rocha e l de vidro.

3.4 A cincia dos materiais, os compsitos e a reciclagem

Segundo Klein (2014), durante milnios, homindeos utilizaram para os seus

diversos afazeres materiais de origem natural, pois estes eram os nicos conhecidos

e disponveis que atendiam as necessidades rudimentares da poca. A partir de

5000 aC., com a evoluo do homem, comearam a surgir s primeiras ferramentas

36

e utenslios domsticos a base de argilas, metais e ligas. Com isso a sociedade

passou a se desenvolver, produzindo alimentos em maior quantidade com uso de

arados e explorando novas terras em embarcaes ou em carroas.

At o desenvolvimento da cincia moderna, o conhecimento sobre muitas

coisas, inclusive os materiais, era emprico, muitas vezes tratado como alquimia.

Com as primeiras leis da fsica e da qumica postuladas e de diferentes estudos

sendo conduzidos por distintos cientistas cincia e a tecnologia evoluram

permitindo chegar aos tempos modernos e a cincia dos materiais.

A cincia dos materiais, por sua vez, possibilitou maior evoluo e o

surgimento dos novos materiais, equipamentos e tcnicas de anlise.

O termo novos materiais, apesar de nas ltimas dcadas ser utilizado para se

referir as novas tecnologias desenvolvidas e/ou materiais recentemente

descobertos, no est restrito a isso. Tambm podem ser chamados de novos

materiais, aqueles convencionais que passaram por melhorias no seu processo

produtivo, resultando em um produto de maior qualidade ou melhores propriedades.

Essas melhorias produtivas, bem como o desenvolvimento de novas tecnologias e a

descoberta de novos materiais, s esto acontecendo em virtude das novas tcnicas

e anlise disponvel e dos novos equipamentos ( KLEIN, 2014).

Dentre os intitulados como novos materiais se destacam:

Fibras de vidro, poliamida (kevlar) e carbono utilizados como reforos em

compsitos para os mais diversos fins como coletes a prova de balas,

materiais esportivos de alto desempenho, componentes para a indstria

automotiva e aeroespacial.

Fibras txteis e fios especiais, utilizados para a fabricao de roupas que

absorvem o suor, tecidos bactericidas, etc.

Fibras ticas largamente empregadas em sistemas modernos de

comunicao, sendo as responsveis pela interconexo virtual propiciada

pela internet, com a capacidade de transmitir em um segundo, algo prximo

de 200 livros de informao, por um cabo de poucos micrmetros de

dimetro.

37

Fibras e partculas cermicas, polimricas ou metlicas utilizadas como

reforo em materiais compsitos, podendo utilizar matrizes polimricas,

cermicas ou metlicas, aprimorando as propriedades individuais de cada um

destes. Com as diferentes combinaes destes, foi possvel desenvolver

ferramentas de corte e abraso, molas, engrenagens, rotores, etc. que h

algumas dcadas eram inconcebveis.

Semicondutores so base da computao moderna e uma das classes de

novos materiais. Neles a chamada banda proibida grande demais para

permitir o fluxo de eltrons, mas no ao ponto de funcionar como um isolante,

pois com a fonte certa de excitao os eltrons saltam. Dependendo da

largura de banda do material ele pode ser utilizado em transistores,

microprocessadores, sensores de alta sensibilidade, etc.

Biomateriais que so tambm um vasto campo de pesquisa, visto que novos

materiais so desenvolvidos para a restaurao, reposio e/ou recuperao

de rgo, tecidos ou funo corporal. Cabe destacar que alm de novos

materiais, so estudados diferentes processamentos e mtodos de utilizao

dos materiais j conhecidos para os fins biomdicos.

Isolantes, materiais de elevado desempenho trmico, baseados em fibras de

slica, que revestem os nibus espaciais e possuem no apenas resistncia

mecnica, mas elevada porosidade e baixssima condutividade trmica.

Compsitos, cujo advento deu-se na metade do sculo XX, quando passaram

a produzir artificialmente materiais multifsicos projetados e engenheirados.

Nanotubos de carbono so uma das alotropias do carbono, junto com o

diamante, grafite, grafeno e fulerenos. Apresentam propriedades

excepcionais, se comportando tanto como condutores de eltrons quanto

como semicondutores. As aplicaes para esse tipo de material vasta,

podendo atuar no melhoramento de propriedades mecnicas em compsitos,

eltricas em dispositivos eletrnicos, bem como em biomateriais, visto que

eles podem ser funcionalizados e utilizados em tratamentos mdicos como

drug delivery, scaffolds, etc.

A classe dos compsitos, comprovadamente, foi o fruto inovador da cincia

que surgiu para atender as necessidades de propriedades especficas, muitas vezes

38

no usuais e at antagnicas, dos setores aeroespacial, bioengenharia, transportes,

etc.. Santiago et al (2014) afirma que para os engenheiros aeroespaciais, por

exemplo, a combinao de propriedades estruturais, baixo peso, resistncia

abraso e ao impacto, rigidez e resistncia corroso so desejveis, mas estas

no se encontram juntas em um tipo especifico de material convencional, coexistem

apenas em materiais multifsicos, que apresentam uma parcela significativa das

propriedades de cada uma das fases. O principio de soma de propriedades

chamado de princpio de ao combinada.

Um compsito, alm de multifsico e produzido artificialmente deve

apresentar fases distintas, quimicamente diferentes e separadas por uma interface.

Normalmente esto presentes apenas duas fases, uma contnua chamada de

MATRIZ que envolve uma segunda fase chamada de FASE DISPERSA. As

propriedades resultantes dependem principalmente das quantidades presentes de

cada fase, das propriedades de cada um dos constituintes e da geometria, mas

fatores, como por exemplo, a interao matriz e fase dispersa podem ser to ou

mais importantes dependendo da situao.

A figura 13 apresenta uma das formas de classificar os materiais compsitos,

de acordo com o tipo de fase dispersa incorporado a matriz. possvel observar que

alm de tipos diferentes de reforos, eles podem se apresentar de tamanhos, forma

e orientao diferentes, que vo influenciar nas propriedades finais do material, e

devem ser consideradas quando se projeta um compsito.

Figura 13 - Classificao dos materiais compsitos;

Fonte: Callister (2012)

39

Vale ressaltar que alm de classificados conforme o reforo, os compsitos

podem ser classificados quanto a matriz utilizada (polimrica, cermica ou metlica)

e ainda ser classificado de acordo com as caractersticas geomtricas e espaciais da

fase dispersa, conforme ilustra a figura 14.

Figura 14 - Caractersticas geomtricas e espaciais de partculas da fase dispersa: (a) concentrao, (b) Tamanho (c) forma, (d) distribuio e (e) orientao;

Fonte: Callister (2012)

Dentre os desafios encontrados para os novos materiais esto o

desenvolvimento de novas tecnologias com custo reduzido. Faz-se necessrio, por

exemplo, buscar solues para o elevado consumo de energia e combustveis,

melhorar a relao resistncia/peso nos materiais, aprimorando tambm

propriedades trmicas, para uso, por exemplo, em turbinas de aeronaves, procurar

por alternativas para materiais que so baseados em fontes no renovveis alm de

buscar solues para os resduos gerados pela produo de materiais e pelo

descarte de materiais, sendo este e toda a questo ambiental o maior de todos os

desafios.

Segundo Cruz (2009), so graves os problemas de gesto de resduos

slidos em todo o mundo e, em especial, na Amrica Latina, visto que milhares de

toneladas so produzidas diariamente. De todos os resduos os materiais

polimricos so considerados os maiores viles da questo ambiental. Esse tipo de

Fase

Matriz

Fase

dispersa

40

material possui elevado tempo de degradao na natureza, contribuem para a

proliferao de insetos, prejudicam a qualidade de vida de outros animais, podendo

levar estes ao bito quando ingerem resduos descartados na natureza por confundi-

los com alimentos.

Esta preocupao se avoluma quando constata-se que dentre as alternativas

utilizadas na construo civil para melhorar o conforto trmico das edificaes esto

os polmeros de origem sinttica que representam um elevado impacto ambiental

desde a extrao da matria prima at o seu descarte.

No que tange a reciclagem e reaproveitamento dos resduos slidos existem

diversas propostas, mas o interesse do setor produtivo para a produo de novos

materiais com esta fonte de matria prima baixo, devido s dificuldades para a sua

aquisio em conformidade e quantidade com as especificaes necessrias. Alm

disto, muitas vezes o custo para produzir um material a partir de resduos maior se

comparado com o uso de matrias primas virgens, pois so necessrias mais

etapas de produo.

Contudo, mesmo que em muitos casos a utilizao de resduos seja menos

interessante economicamente, existem pesquisas em centros universitrios e de

P&D de vrias empresas do mundo por conta do acumulo crescente destes. A

exemplo disto, cita-se a recente noticia da parceria entre as empresas Ford Motors

e Heinz para a utilizao do resduo das cascas de tomate da produo de catchup

em compsitos polimricos para o revestimento interno dos carros da montadora

americana.

Campos (2010) et. al afirmam que a humanidade est consumindo cerca de

20% acima da capacidade produtiva do planeta, o que tem se convertido em

sistemticas agresses ao meio ambiente com as milhares de toneladas de resduos

produzidos. Afirmam tambm que boa parte do resduo produzido nas residncias

orgnica, que pode ser utilizado em aplicaes como adubos para a produo

agrcola ou como reforos em materiais compsitos, no caso de resduos de fibras

vegetais.

Segundo Silva e Jernimo (2014), matrias primas na forma de fibras podem

ser obtidas de resduos orgnicos de diferentes processos industriais, e elas

41

apresentam grande potencial de uso na engenharia civil e de materiais, visto que

elas apresentam excelentes propriedades fsicas, podendo ser comparadas e at

mesmo substituir as fibras de vidro e polimricas como fase dispersa em

compsitos.

As fibras vegetais podem ser adicionadas a matrizes polimricas e

cimentcias (figura 15) agindo como reforo primrio, em materiais mais finos que

no podem receber barras de reforo, sendo responsveis por aumentar a

resistncia e ductilidade. Quando agem para controlar a fissurao, como por

exemplo, em lajes, so chamadas de reforo secundrio.

Figura 15 - Fenmenos que podem ocorrer durante a propagao de trincas em um compsito fibrocimento.

Fonte: Imai e Nii (2009)

O Brasil dispe de grande potencial para contribuir com as solues de uma

srie de problemas globais, como mudanas climticas, extino de espcies, etc.

Para isso necessrio investimentos no desenvolvimento e produo de materiais e

tecnologias. Dentre estas aes destaca-se as de desenvolvimento do mercado de

tecnologias da indstria ambiental, que um setor estratgico, tanto do ponto social,

cientfico e econmico, onde so recomendadas aes para desenvolver materiais a

partir da reciclagem e reaproveitamento de resduos.

O Centro de Gesto de Estudos Estratgicos (2010) afirma ser de suma

importncia o desenvolvimento de materiais a partir de resduos, visto que tal

42

iniciativa preserva o solo, gua e a atmosfera, permitindo o desenvolvimento

econmico e reduzindo o consumo de materiais, o que termina minimizando os

impactos ambientais.

Um fator importante que levou aos estudos de fibras vegetais aplicadas aos

materiais, alm dos j citados, foi o banimento das fibras de amianto dos materiais

fibrocimento. Segundo Pereira (2012), a necessidade de substituir o amianto

conduziu a busca por matrias primas com propriedades similares e que

propiciassem a mesma econmica.

Dos principais geradores de resduos slidos se destacam a indstria

mineradora e o agronegcio, que so responsveis por graves problemas

ambientais, mas tambm podem ser excelentes fontes de matria prima, como a

slica ativa oriunda da queima de cascas de arroz.

Dentre os resduos do agronegcio temos o caso das cascas de coco, que

representam um resduo volumoso decorrente do elevado consumo de gua de

coco, principalmente em regies litorneas, representando, cerca de 70% dos

resduos produzidos nestes locais. A proporo de casca em relao gua de

coco de aproximadamente 4 para 1 (Figura 16), o que representa

aproximadamente 1kg de resduo para cada 250ml de gua, um volume

considervel que se tornou um problema para a coleta e descarte nos municpios

(LAVOURA, 2012).

Figura 16 - Ilustrao de um coqueiro e corte longitudinal de um coco, onde possvel observar a proporo entre a casca e a polpa.

Fonte: Pereira (2012).

43

Ao estudar as propriedades fsicas e qumicas de fibras de coco, Corradini

(2009) et al observaram propriedades mecnicas superiores s encontradas em

polmeros biodegradveis. Na questo trmica eles observaram degradao em

temperaturas entre 200C e 550C, sendo que essa variou conforme a composio e

as condies de anlise.

A utilizao da casca do coco como matria prima para a obteno de fibras

no apenas reduz o volume de lixo, mas ajuda na preservao do xaxim, espcie de

rvore da mata atlntica ameaada de extino, a partir de sua utilizao na

produo dos vasos para plantas ornamentais (LAVOURA, 2012).

Outro exemplo de fonte de resduos a atividade industrial madeireira, que no

Brasil altamente geradora de resduos. Se somarmos a estes os descartes

produzidos por empresas de reprocessamento e resduos urbanos da madeira o

montante final bem volumoso. Entretanto o percentual deste material que

aproveitado muito baixo, contribuindo para maiores danos ao meio ambiente,

perdas econmicas e energticas. Vale ressaltar que o produto descartado uma

excelente fonte de matria prima para diversas aplicaes, alm de ser fonte de

energia renovvel (WIECHETECH, 2009). A figura 17 apresenta a classificao dos

tipos de resduos de madeira.

Figura 17 - Classificao dos tipos de resduos de madeira

Fonte: Wiechetech (2009)

44

Segundo Campos (2010) et. al, as fibras vegetais representam um excelente

material para compsitos, pois agregam excelentes propriedades fsicas

(biodegradabilidade, atoxidade, boas propriedades trmicas, etc.) e mecnicas com

o apelo ecolgico e com o baixo custo. Os autores desenvolveram estudos onde

foram incorporadas fibras vegetais de coco ao concreto e conseguiram melhoras

sensveis nas propriedades mecnicas, e fibras vegetais de mandioca em

argamassas de revestimento, onde ontiveram resultados de resistncia

compresso e de reteno de gua similares as do revestimento de cimento puro os

resultados utilizando 10% de fibras. Para isso necessrio transformar resduos em

matria-prima, podendo essa atividade melhorar o desempenho de negcios, ou at

mesmo se tornar um negcio em si.

Em recente pesquisa, Beltran (2014) utilizou-se de fibras vegetais para a

produo de placas termo isolantes (Figura 18) para serem usadas na construo

civil. Na metodologia proposta foram extradas fibras de talos de casca de banana e

o material obtido foi adicionado em uma matriz de cimento branco no estrutural. A

figura 19 apresenta os resultados obtidos para o compsito, mostrando que houve

uma melhora substancial no desempenho trmico das placas que possuam um

maior teor de fibras.

Figura 18 - Placa termo Isolante de Cimento Branco no estrutural.

Fonte: Beltran (2014).

45

Figura 19 - Desempenho trmico de placas termo isolantes de cimento branco no estrutural aditivadas com fibras de talos de casca de banana.

Fonte: Beltran (2014).

Dentre as vantagens do uso de fibras vegetais em relao aos materiais

sintticos esto conservao de energia, a abundncia, o baixo custo, o fato de

no ser prejudicial sade, a baixa densidade, a biodegradabilidade, etc. J as

desvantagens so a menor durabilidade, necessidade de tratamentos para aplicao

e fraca adeso a diversas matrizes. Vale ressaltar que as propriedades das fibras

variam de acordo com a sua origem, pois cada uma apresenta uma composio

qumica diferente, que est diretamente ligada s propriedades finais obtidas e ao

tempo de maturao da planta. As Tabelas 1 e 2 apresentam, respectivamente,

dados de composio qumica e propriedades fsicas e mecnica das fibras

vegetais.

46

Tabela 1 - Composio qumica de diferentes fibras vegetais.

Fonte: Satyanarayana (2007).

Tabela 2 Propriedades fsicas de diferentes fibras vegetais

Fonte: Satyanarayana (2007).

47

Segundo Pereira (2012), ao utilizar tratamentos nas fibras vegetais as

propriedades se modificaro, influenciando na adeso entre a matriz e o reforo e

nas propriedades dos materiais compsitos.

Em se tratando de compsitos de matriz cimentcia a adio de fibras provoca

uma barreira para a propagao de trincas e auxilia na transferncia de esforos,

evitando que fissuras se abram, retardando a fratura. A ruptura ocorre

progressivamente, pois as fibras formam pontes de transferncia de carga e

absorvem parte das solicitaes. Alm disto, estas propiciam maior resistncia a

impactos, maior absoro de energia e, quando aditivadas com fibras vegetais

aumento na capacidade de isolamento trmico e acstico.

Silva (2004), afirma que a adio de fibras melhora a resistncia, pois

aumenta a ductilidade e absoro de energia, mas em longo prazo, os benefcios

das fibras podem cessar devido ao do hidrxido de clcio do cimento na lignina

e hemicelulose, provocando a hidrlise alcalina nas molculas, enfraquecendo as

ligaes entre as clulas individuais, mas diversos estudos esto sendo conduzidos

acerca das propriedades mecnicas de compsitos cimentcios.

Imai e Nii (2009) destacam que o uso de materiais cimentcios reforados com

fibras na construo civil tem apresentado crescimento, tendo em vista que diversas

fibras apresentam potencial para serem adicionadas a compsitos cimentcios com

melhorias de suas propriedades, tais como a ductilidade e o isolamento.

48

4. Materiais e Mtodos

A figura 20 apresenta, resumidamente, as etapas de desenvolvimento do

presente trabalho.

Figura 20 - Fluxograma com as etapas desenvolvidas no trabalho.

4.1. Matrias primas

As matrias primas utilizadas no desenvolvimento deste trabalho foram o

cimento branco estrutural e fibras de talos de casca de banana.

O cimento branco estrutural da marca Quartzolit foi obtido comercialmente na

cidade de Pelotas/RS e no foi caracterizado laboratorialmente.

Matrias primas

(cimento e fibras)

Composio qumica

Compsitos de cimento

e fibras vegetais

Caracterizao Morfolgica

Razo Aspecto

Caracterizao fsica:

Absoro de gua

Caracterizao mecnica:

Ensaio de Flexo

Anlise do Desempenho

Trmico

49

Para a obteno de fibras de talos de casca de banana foi utilizada a

metodologia descrita por Beltran (2012, 2014) e Paniz (2013, 2014).

Primeiramente os talos de casca de banana foram devidamente limpos e

higienizados (Figura 21a). Em seguida os talos foram desmembrados (Figura 21b) e

tiveram a pelcula externa removida (figura 21c) para evitar a presena de resduos.

Posteriormente, visando padronizao do comprimento das fibras, os talos foram

cortados (Figura 21d), com um centmetro de comprimento, e autoclavados (Figura

21e) em um autoclave da marca Phoenix modelo AV-18, sob calor mido a

temperatura de 127C e presso de 1,5 kgf/cm, por 4 horas.

Aps a autoclavagem, os talos foram macerados mecanicamente em uma

argamassadeira da marca Contenco, modelo I-3010, e lavados (Figura 21f) at que

o material resultante estivesse isento da matria orgnica indesejada, que foi

oxidada na autoclave.

As fibras obtidas ao final desse processo foram colocadas em uma estufa

com circulao de ar em temperatura de 100C 5 at estarem secas, para serem

posteriormente caracterizadas e utilizadas como partculas de reforo em

compsitos cimentcios.

Figura 21 - Etapas para obteno de fibras vegetais: (a) talos, (b) talos desmembrados, (c) Talos descascados, (d) Talos cortados, (e) talos autoclavados e (f) fibras maceradas e lavadas

(a)

(f) (e) (d)

(c) (b)

50

4.2. Caracterizao das fibras de talos de casca de banana

Na anlise de composio qumica das fibras foram determinados os

teores de extrativos solveis e de lignina insolvel (Figura 22). Os ensaios de

caracterizao foram feitos no Laboratrio de Anatomia da Madeira do Curso de

Engenharia Industrial Madeireira da UFPel.

Figura 22 - Ensaio de teor de Extrativos solveis e Lignina insolvel

A determinao do teor de extrativos foi feita baseada na norma Tappi T207

om-93, onde uma amostra de massa conhecida foi submetida ao refluxo durante 6

horas com uma soluo de Tolueno-etanol na proporo de 2:1v/v. Aps a amostra

colocada em uma estufa a 100C 10, por 24 horas, e a diferena mssica indica o

teor de extrativos solveis, conforme equao 4.

% =

100

Equao 4 - Clculo do teor de Extrativos solveis.

51

Para a determinao do teor de lignina insolvel foi feito um ensaio baseado

na norma Tappi T222 om-98, onde 1g de amostra livre de extrativos colocada em

uma soluo de cido sulfrico 72% por 2 horas. Aps isso foi adicionado 560ml de

gua destilada e colocado em um balo por 4 horas em refluxo. Ao final do refluxo a

soluo filtrada em filtros de cermica porosa n 3, j previamente seco e pesado,

sendo este colocado na estufa a 100C 10 aps a filtragem, por 24 horas. O teor de

lignina determinado pela relao entre a massa inicial de fibras e a diferena entre

os cadinhos antes da filtragem e aps a filtragem.

=

100

Equao 5 - Clculo teor de lignina insolvel.

Para a determinao da morfologia das fibras fez-se anlise de

microscopia tica e microscopia eletrnica de varredura. Os ensaios de microscopia

ptica foram feitos no Laboratrio de Anatomia da Madeira na Engenharia industrial

Madeireira e no Laboratrio de Aulas Prticas da Engenharia de Materiais da UFPel

e os de microscopia eletrnica de varredura foram exectuados no Microscpio

Eletronico de Varredura da Engenharia de Materiais da UFPEL.

A morfologia um aspecto importante para esse trabalho, visto que a

presena de vazios e poros no interior das fibras benfica para a aplicao como

termo isolante.

Para anlise por microscopia ptica as fibras foram maceradas em meio

cido, que nos permitiu visualiz-las de forma isolada, isso porque as fibras obtidas

so na verdade um agrupamento de microfibras, ligadas pela lignina em uma

espcie de feixe.

Para isolar as microfibras de forma que elas pudessem ser visualizadas em

um microscpio tico da marca Olympus e modelo BX41M-LED, o material obtido

aps autoclavagem, macerao e lavagem foi dissociado em soluo cida. A

referida soluo era constituda de cido actico glacial, gua destilada e cido

ntrico na proporo de 6:6:1 v/v. Aps a dissociao, o material foi filtrado, lavado

52

com gua destilada, corado utilizando uma soluo de Vermelho Congo e

desidratado em lcool.

Para a anlise por microscopia eletrnica de varredura a fibra vegetal foi

utilizada na forma como foi obtida. Para ser observada no microscpio da marca

Shimadzu modelo, SSX-550, as fibras foram fixadas em um porta amostra e

metalizadas com uma fina camada de ouro, para tornar a superfcie do material

condutora, passvel de ser observada no equipamento.

Para a determinao da razo de aspecto das fibras utilizou-se a equao

7, que calcula o valor adimensional entre o comprimento e largura.

=

Equao 6 - Calculo para razo de aspecto;

O valor da razo aspecto utilizado para justificar as propriedades mecnicas

do compsito, tendo em vista a influncia do comprimento da fibra. Quanto a razo

aspecto, se os valores se aproximam de 1 a fase dispersa considerada do tipo

particulada, se so inferiores a 100 indicam fibras curtas e se tende ao infinito trata-

se de fibras longas.

Para a determinao da razo aspecto foi necessrio embutir fibras em uma

matriz de resina de polister (Figura 23a) e, aps a cura do polmero, foram feitos

diversos cortes transversais (Figura 23b) com o auxilio de uma serra com disco

diamantado. Com o auxlio de um microscpio tico foi extrado um conjunto de

aproximadamente 45 imagens dos cortes transversais das fibras e, utilizando um

software de tratamento de imagem (ImageJ) foi estimado a rea de cada seco,

sendo posteriormente calculada a rea mdia das seces conforme a equao 8.

=

Equao 7 - rea mdia de seco transversal das fibras obtidas

53

Figura 23 - Preparao de amostra para anlise da rea de seco das fibras (a) fibras embutidas em resina e (b) cortes transversais analisados.

Para uma melhor visualizao e distino das fibras na resina, estas foram

coradas com vermelho congo. A Figura 24 mostra algumas imagens obtidas por

microscopia tica, em um microscpio da marca Olympus modelo BX41M-LED. Os

ensaios de microscopia realizados nesta etapa tambm foram feitos no Laboratrio

de Anatomia da Madeira do Curso de Engenharia Industrial Madeireira e no

Laboratrio de Aulas Prticas do curso de Engenharia de Materiais ambos da

UFPEL.

Figura 24 - Seco de fibras vegetais coradas.

(a)

(b)

54

Em virtude da irregularidade apresentada pela seco das fibras

(consequncia delas serem um agrupamento de diversas microfibras), para

determinar a razo aspecto o dimetro foi estimado baseado na rea mdia das

fibras, conforme a equao 9.

= 2

Equao 8 - Determinao para o dimetro estimado das fibras.

4.3 Obteno dos compsitos de cimento e fibras vegetais

Para a obteno dos compsitos de cimento branco estrutural aditivados com

fibras vegetais de talos de casca de banana foram elaboradas trs formulaes de

massa, conforme tab. 3.

Tabela 3 - Formulaes de massa dos compsitos testados;

Formulao Teor de

Fibras

Relao Cimento/Fibra

(massa/massa)

Fator gua/Cimento

(massa/massa)

F01 0% 100/0 0,30

F02 5% 95/5 0,50

F03 10% 90/10 0,50

A mistura das massas foi feita com o auxilio de uma argamassadeira da

marca Contenco, modelo I-3010. Primeiramente foi misturado o cimento e a gua,

formando uma massa pastosa e homognea. Aps foram adicionadas s fibras nas

propores estabelecidas, at que ocorresse a total mistura de todos os

componentes.

55

4.4 Caracterizao dos compsitos de cimento e fibras vegetais

Para a caracterizao fsica, mecnica e trmica dos compsitos propostos

foram confeccionados cinco placas com dimenses de 100 mm x 100 mm x 12 mm

(comprimento, largura e espessura, respectivamente) cada uma, utilizando-se uma

forma com base de MDF revestida com frmica (para evitar a absoro da gua da

massa cimentcia) e laterais em perfis de alumnio (Figura 25), construda no curso

de Engenharia de Materiais da UFPel. Para cada formulao foram confeccionados

cinco placas.

A definio do formato dos corpos de prova em placas se justifica pelo

interesse em testar os compsitos para uso como isolantes de paredes painis,

onde ocorrem reduzidas espessuras.

Figura 25 Forma utilizada na confeco das placas.

Para a confeco das placas, inicialmente, foi aplicado um desmoldante na

base e nos perfis de alumnio das formas. Aps, a massa do compsito foi colocada

na forma at o seu preenchimento total. Durante as primeiras 24 horas, a forma foi

envolvida em um filme plstico, para evitar a perda de umidade que poderia levar a

hidratao incorreta do cimento. Aps esse perodo, as placas foram removidas do

molde e curadas por 28 dias ao ar no ambiente climatizado do laboratrio de aulas

56

prticas do curso de Engenharia de Materiais, a uma temperatura de 23oC e

umidade relativa de 60%. A figura 26 apresenta as placas confeccionadas com

idades de 28 dias.

Figura 26 - Placas com (a) 0%, (b) 5% e (c) 10% de fibras aps 28 dias de cura

A anlise do desempenho mecnico dos compsitos foi medida atravs

do ensaio de flexo a 3 pontos, utilizando uma mquina de ensaio universal da

marca Instron, modelo E3000 (Figura 27). O ensaio no foi baseado em nenhuma

norma, tendo apenas como objetivo avaliar a diferena no comportamento entre

eles. Foram ensaiados 12 corpos de prova, 4 de cada formulao. Utilizou-se como

parmetro de ensaio a velocidade de 2,8mm por minuto at a ruptura do corpo de

prova. Para a anlise foram confeccionados quatro corpos de prova (Figura 28) a

partir de uma das placas produzidas, nas dimenses de 100 mm x 25 mm x 12 mm

(comprimento, largura e espessura, respectivamente).

Figura 27 - Placa cimentcia cortada para ensaio de flexo a 3 pontos;

(a) (b) (c)

57

Figura 28 - Ensaio de flexo de 3 pontos.

A determinao da absoro de gua dos compsitos foi feita por imerso

em gua. Aps o ensaio de flexo, os corpos de prova (8 com 0% de fibras, 5 com

5% de fibras e 4 com 10% de fibras) foram secos em estufa a 100C10C, por 24

horas, colocados em um dessecador para resfriarem e, posteriormente foram

pesados para a determinao de sua massa seca. Em seguida todas as amostras

foram colocadas em uma bandeja e imersas em gua destilada (Figura 29b) por um

perodo de 24 horas.

Figura 29 - Ensaio de absoro de gua: corpos de prova secos (a) e imersos em gua (b).

58

Aps o perodo de imerso, os corpos de prova foram retirados da gua,

tiveram o excesso de lquido removido com a ajuda de um pano de algodo e foram

pesados para determinar o seu peso mido. A equao 10 demonstra a forma como

o foi calculado o percentual de absoro de gua.

(%) =

100

Equao 9 - Calculo do teor de absoro de gua.

A anlise de desempenho trmico dos compsitos foi feita em um

equipamento elaborado no laboratrio do Curso de Engenharia de Materiais,

conforme esquema apresentado na figura 30, onde a fonte de aquecimento foi

mantida em uma temperatura constante. Para isso utilizamos uma chapa de

aquecimento regulada em 75C 10C. A aferio da temperatura foi feita com um

termopar tipo K e um leitor apropriado. Sobre a fonte de aquecimento foram

colocados os materiais em anlise (com teores de 0%, 5% e 10% de fibras), e com o

auxilio de outro termopar, a temperatura na face oposta fonte quente foi medida

minuto a minuto, assim como Beltran (2014). Vale ressaltar que todo o sistema foi

isolado com blocos e l cermica.

Figura 30 - Esquema do aparato utilizado para medir o desempenho trmico dos compsitos.

Fonte: Beltran (2014).

59

A avaliao do desempenho trmico considerou a diferena entre a

temperatura mdia da fonte quente durante o ensaio e a temperatura registrada na

face fria, sendo calculada conforme a equao 11.

% = [1 (

)] 100

Equao 10 - Calculo do percentual de calor retido pelas placas;

4.5 Limitaes da Pesquisa

Diversos foram os contratempos enfrentados durante o desenvolvimento do

presente trabalho. Dentre estes cita-se abaixo fatos relevantes na anlise dos

resultados da pesquisa:

No foi considerado no ensaio de desempenho trmico o coeficiente de

condutividade.

A matriz utilizada para o compsito ficou restrita ao cimento branco estrutural.

Na continuidade desse estudo trabalharemos tambm com diferentes tipos de

cimento e materiais polimricos como matriz.

A porosidade e densidade apesar de relevantes para a eficincia termo

isolante no pode ser medida, devido indisponibilidade de equipamentos

adequados.

60

5. Resultados e Discusso

5.1 Caracterizao das fibras vegetais

A composio qumica das fibras vegetais, quanto ao teor de extrativos

solveis e lignina insolvel esta apresentada nas figura 31 e 32.

Figura 31 - Grfico de teor de extrativos solveis.

Figura 32 - Grfico do teor de lignina insolvel.

0,905

1,252

0,873 0,918

0,000

0,200

0,400

0,600

0,800

1,000

1,200

1,400

1 2 3 4

% d

e E

xtra

tvo

s So

lve

is

Amostras

15,16%

18,79%

16,30% 16,11%

0,00%

2,00%

4,00%

6,00%

8,00%

10,00%

12,00%

14,00%

16,00%

18,00%

20,00%

1 2 3 4

% d

e li

gnin

a

Amostras

61

Os valores mdios obtidos para extrativos solveis e a lignina de 1,01% e

16,75%, respectivamente, so similares aos encontrados por Beltran (2014), que se

apresentam com 1,24% e 16,70%, respectivamente. Os resultados indicam que o

processo usado para a obteno das fibras vegetais foi adequado porque estas

mantiveram alto o teor de lignina, cuja funo segundo Santos (2001) dar rigidez,

fora e flexibilidade parede celular, auxiliar no transporte de gua, servir como uma

barreira degradao enzimtica da parede celular e proteger contra ataques de

insetos e microorganismos patognicos.

As figuras 33, 34, 35 e 36 apresentam a morfologia das fibras vegetais a

partir das micrografias obtidas por microscopia ptica e microscopia eletrnica de

varredura. Nestas possvel observar-se a presena de fibras isoladas, de

microfibrilas, a parece celular e a cavidade central da fibra vegetal, chamada lumem.

Figura 33 Micrografia da fibra vegetal isolada obtida por microscopia tica (a) aumento de 40x; (b) a cavidade interior, aumento de 200 x.

Figura 34 Micrografia de fibra isolada obtida por microscopia ptica, aumento de 40x. ((

(a) (b)

Lumem

62

Figura 35 Micrografia das microfibrilas da fibra vegetal obtida por microscopia ptica, aumento de 40x.

Figura 36 Micrografia da fibra vegetal obtida por microscopia eletrnica de Varredura;

A anlise das imagens obtidas por ambas as tcnicas de microscopia, mostra

que o material obtido pelo processamento de talos de casca de banana constitudo

63

de fibras vegetais, que so constitudas por feixes de microfibrilas, nas quais

possvel visualizar-se a presena de poros, elemento de extrema importncia para a

proposta do presente trabalha que busca produtos isolantes. Tambm possvel

observar o formato arredondado da seo da fibra e seu o elevado comprimento em

relao ao dimetro.

Quanto a razo aspecto das fibras vegetais, a tab. 4 apresenta os valores de

dimetro mdio, rea mdia de seco, comprimento das fibras utilizados para a sua

determinao.

Tabela 4- Valores mdios usados para o clculo da razo aspecto das fibras vegetais.

rea mdia (mm) 0,0298

Dimetro mdio (mm) 0,190

Comprimento (mm) 10

Baseado nos valores obtidos a razo aspecto das fibras vegetais utilizadas

igual a 52,6713, o que a classifica como uma fibra curta.

5.2 Caracterizao dos compsitos de cimento e fibras vegetais

As figuras 37, 38 e 39 apresentam o desempenho mecnico das trs

formulaes de massa propostas e a figura 40 a anlise comparativa entre elas.

Figura 37 Ensaio de flexo a trs pontos da massa com 0% de adio de fibras vegetais.

Tenso n

a F

lexo (

MP

a)

Deformao na Flexo (%)

64

Figura 38 - Ensaio de flexo a trs pontos da formulao de massa com 5% de adio de fibras vegetais.

Figura 39 - Ensaio de flexo a trs pontos da formulao de massa com 10% de adio de fibras vegetais.

Figura 40 Anlise comparativa das tenses de flexo a trs pontos das trs formulaes.

7,035 6,545

8,335

0

5

10

15

Ten

so

de

Fle

xo

(M

Pa)

0% de fibra 5% de fibra 10% de fibra

(%) Deformao na Flexo

(%) Deformao na Flexo

Tenso n

a F

lexo (

MP

a)

Tenso n

a F

lexo (

MP

a)

65

Os resultados obtidos mostram que os corpos de prova da massa sem adio

de fibras apresentaram um grande intervalo entre as tenses obtidas (0,48 MPa a

15,95 MPa) e que os corpos de prova das formulaes de massa aditivadas com

fibras vegetais apresentaram comportamento similar, com uma menor variao das

tenses, sendo estas de 5,33 MPa a 7,73 MPa para a a