APLICAÇÃO DA TERMOGRAFIA INFRAVERMELHA PARA VERIFICAÇÃO DA TEMPERATURA EM TELHAS

CERÂMICAS COM DIFERENTES TEORES DE UMIDADE E CONDIÇÕES DE LIMPEZA DA SUPERFÍCIE

Bruno de Freitas Cani; Deivis Luis Marinoski; Roberto LambertsLabEEE - Laboratório de Eficiência Energética em Edificações

UFSC - Universidade Federal de Santa CatarinaCTC/ECV/NPC/LabEEE, Caixa Postal 476 – CEP 88040-970

E-mail: brunofcani@gmail.comE-mail: deivis@labeee.ufsc.br

E-mail: roberto.lamberts@ufsc.br

ResumoEste trabalho apresenta medições de temperatura superficial em amostras de telhas cerâmicas expostas à radiação solar, com diferentes teores de umidade e diferentes condições de limpeza da superfície. As medições foram realizadas através de uma câmera que produz imagens em infravermelho, permitindo observar os gradientes de temperatura na superfície das amostras. Foram obtidas em laboratório a massa e absorção de água dastelhas. Os resultados apresentam a comparação da temperatura em amostras do mesmo tipo de telha (limpa) com diferentes teores de umidade (seca, 50%, 100%). Também foi realizada a verificação da temperatura de dois tipos de telhas (plan e portuguesa) com diferentes idades e condições de limpeza. Os testes demonstraram que a presença de umidade coopera com a redução da temperatura da telha. Já a presença da sujeira, acumulada ao longo dos anos, reduz a absorção de água e faz com que a superfície da telha sofra um maior aquecimento.Palavras-chave: Telhas cerâmicas, temperatura superficial, umidade, termografiainfravermelha.

Abstract This work presents surface temperature measurements in samples of ceramic roof tiles exposed to solar radiation, with different moisture contents and different conditions of surface cleanliness. Measurements were accomplished using a camera that produces infrared images, allowing to observe the temperature gradients on the sample surface.Water absorption index of tiles was obtained in the laboratory. The results show the comparison of the temperature samples of the same type of roof tile (clean) with different levels of moisture (dry, 50%, 100%). Also, the temperature of two types of roof tiles (plan and Portugal) at different ages and cleaning conditions was verified. Tests shown that the moisture presence cooperates with the roof tile temperature reduction. Moreover, the presence of dirt accumulated over the years causes a reduce water absorption and a rise of heating of the roof tile surface.Keywords: Ceramic roof tile, surface temperature, moisture, infrared thermography.

1. INTRODUÇÃOObservando o aumento da temperatura devido ao aquecimento global e também a busca pela melhoria da eficiência energética, o setor da construção civil estuda cada vez mais alternativas para evitar o desconforto térmico nas edificações. Uma dessas alternativas é avaliar os materiais que compõe a edificação, através da observação do comportamento térmico de

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diferentes componentes, e avaliando qualitativa e quantitativamente a capacidade de ganho de calor dos elementos utilizados nas fachadas e coberturas.Em regiões de clima quente (como no Brasil) a aplicação de materiais que tenham aquecimento reduzido, em função da menor absorção da radiação solar, pode proporcionar menores ganhos de calor e consequentemente melhorar o bem estar dos ocupantes. Além disso, em ambientes condicionados artificialmente, esses materiais colaboram para a redução do consumo de energia.

Uma das técnicas inovadoras para esse tipo de análise é o uso de imagens térmicas geradas a partir da detecção da radiação infravermelha. Para isso, utilizam-se câmeras especiais que permitem mapear os gradientes de temperatura na superfície dos objetos analisados. Muitas pesquisas têm sido realizada nesse campo, tanto no que refere a avaliação da técnica e da influência das variáveis envolvidas na medição em infravermelho (BALARAS e ARGIRIOU, 2003; BARREIRA e FREITAS, 2007; DATCU et al., 2005; SHAM et. al. 2008; MARINOSKI et al., 2010), quanto na sua aplicação diretamente nas diferentes áreas daengenharia (BALARAS e ARGIRIOU, 2003; CLARK et al., 2003; BARREIRA e FREITAS, 2007; MARINOSKI et al., 2010; MONTEIRO e LEDER, 2011).Nesse trabalho foi realizada uma análise, utilizando a técnica da detecção da radiação infravermelha, com o objetivo de observar o comportamento térmico de dois tipos de telhascerâmicas em relação a umidade e condição de limpeza.

2. MÉTODO

2.1 Câmera infravermelha

A câmera infravermelha utilizada neste estudo foi a modelo B400 fabricada pela empresa Flir Systems. Essa câmera é capaz de medir e reproduzir em imagem a radiação infravermelhaemitida por um objeto. O modelo citado (Figura 1) apresenta as características técnicas básicas apresentadas na Tabela 1. Para o funcionamento da câmera é necessário o conhecimento prévio de algumas informações do ambiente e da superfície a ser analisada. Os dados de entrada definidos pelo operador da máquina é a emissividade, a temperatura ambiente refletida, a distância e a umidade relativa do ar.

Figura 1. Câmera

Tabela 1. Características básicas da câmera

Resolução da imagem: 320 x 240 pixels

Amplitude espectral: 7,5 – 13 µm

Amplitude de temperaturas: -20°C até 250°C

Resolução: 0,1°C

Precisão: ±2,0°C ou 2% da leitura

2.2 Amostras de telhas

As amostras de telhas cerâmicas utilizadas nesta pesquisa eram de dois diferentes tipos e tinham diferentes condições de limpeza (Figura 2). Foram estas: três telhas do tipo Portuguesa novas (limpas); uma telha tipo Plan com aproximadamente vinte anos de uso (suja); e ainda uma telha também tipo Plan limpa. Figura 2. Visualização das telhas

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2.3 Determinação da massa e da absorção de água

A determinação da massa e absorção de água das telhas cerâmicas foi baseada no método proposto pela norma ABNT NBR 8947 (ABNT, 1985). O processo seguiu as seguintes etapas: retirada do pó e das partículas soltas da superfície das telhas; colocação em uma estufa com temperatura controlada (110°C) até que a massa de cada telha se tornasse constante;obtenção da massa seca Ms, em gramas, com aproximação de 1g; colocação das amostrasimersas em um tanque com água até que as massas se tornassem constantes; retirada das amostras do tanque; obtenção da massa úmida Mh, em gramas, com aproximação de 1g;cálculo da absorção de água (AA (%) = [(Mh-Ms)/Ms ] x 100).

3. RESULTADOS

3.1 Massa e absorção de água

A Tabela 2 apresenta os resultados de massa e absorção de água para cada amostra de telha ensaiada. É possível obervar que a telha Plan suja tem uma absorção ligeiramente menor que a amostra Plan limpa.

Tabela 2. Valores de Ms, Mh e AA(%)

Telha Ms Mh AAPortuguesa

(limpa) 2.116,2g 2.413,5g 14,05%

Plan (suja) 1.647,1g 1.950,1g 18,40%

Plan (limpa) 1.631,5g 1.935,1g 18,64%

3.2 Análises do comportamento térmico de telhas com diferentes teores de umidade

Nestas análises, três amostras de telhas portuguesas foram expostas ao sol com diferentes teores de umidade: 0% (seca), 50% e 100% (saturada). Para obter a amostra com 50% de teor de umidade, uma quantidade de água calculada com base no peso e na AA% apresentada na Tabela 2, foi aspergida sobre a telha de maneira uniforme. As telhas foram então colocadas lado a lado e expostas à radiação solar entre as 12h40min às 15h10min em um dia de céu claro (25/05/2011), sendo as amostras fotografadas com a câmera a cada 30 minutos. A análises das imagens foi realizada através do programa QuickReport da FLIR, que permite determinar a temperatura média de uma área selecionada.

A Figura 3 mostra a verificação da temperatura média das telhas (na área retangular selecionada) em um momento da medição. Já a Figura 4 apresenta as curvas de temperaturamédia ao longo de todo o teste.

A) 0% (seca) B) 50% C) 100% (saturada)Figura 3. Imagem em infravermelho das telhas com diferentes teores de umidade (horário 13h10min).

Embora em todas as telhas inicialmente ocorra a elevação da temperatura e no final do teste aredução, como mostram as curvas (efeito associado à variação na intensidade da radiação solar incidente), ainda assim é possível observar que a presença da umidade contribui para manter a telha com a temperatura mais baixa. Somente após 90 min é que a temperatura datelha B se iguala à telha A (seca). Já a telha C (saturada) se mantém em média, ao longo da medição, aproximadamente 13 ºC abaixo da temperatura na telha B (50% de umidade).

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15

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0 30 60 90 120 150

Tem

pera

tura

(°C)

Tempo (min)

Telha 100% umidade

Telha 50% umidade

Telha 0% umidade (seca)

Figura 4. Comportamento térmico das telhas em relação à umidade

3.3 Análises do comportamento térmico de telhas com diferentes estados de limpeza

Para esta análise foram utilizadas as três telhas apresentadas na Figura 2. O ensaio foi realizado simultaneamente com o teste de umidade, utilizando a câmera de imagens em infravermelho. As imagens foram obtidas a cada meia hora, das 12h40min às 15h10min, e a análise das fotos foi realizada posteriormente no programa QuickReport. A Figura 5 mostra a verificação da temperatura média das telhas (na área retangular selecionada) em um momento da medição. Já o gráfico da Figura 6 apresenta a média da temperatura de cada telha ao longo do tempo, onde podemos constatar que praticamente não há diferença de temperatura devido aos tipos das telhas, todavia, a telha suja apresenta uma temperatura significativamentesuperior às limpas, diferença essa que é em média de 6 ºC no decorrer de todo o teste.

Plan limpa

Portuguesa limpa

Plan suja

Figura 5. Imagem em infravermelho das telhas com diferentes estados de limpeza

(horário 13h10min).

35

40

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0 30 60 90 120 150

Tem

pera

tura

(°C)

Tempo (min)

Telha Plan Limpa Telha Portuguesa Limpa Telha Plan Suja

Figura 6. Comportamento térmico das telhas em relação à limpeza da superfície

5. CONSIDERAÇÕES FINAISComo apresentado neste trabalho, as imagens em infravermelho podem auxiliar nas análises do comportamento térmico de componentes construtivos frente à sua condição de umidade ou estado de manutenção.

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O teste de absorção de água mostrou que na telha do tipo portuguesa este indice chega a aproximadamente 14%, enquanto que para a telha do tipo plan, fica em em torno de 18%. Foi possível obervar também que a telha plan suja tem uma absorção ligeiramente menor que a amostra plan limpa. Como já era esperado, os testes de exposição ao sol mostraram que a umidade na telha coopera com a redução de temperatura. Assim, após dias de chuvas prolongadas, em que a telha pode alcançar facilmente a saturação de umidade, a temperatura da telha se mantém mais baixa, enquanto o calor é dissipado devido à evaporação da água absorvida pelo material cerâmico. Com a redução da temperatura das telhas, o ganho de calor proveniente da cobertura é menor, contribuindo para o conforto térmico no interior da edificação.Na última análise realizada, constatou-se que a telha suja apresenta uma temperatura significativamente superior às telhas limpas (aproximadamente 6 ºC para as condições de medição). Essa diferença se dá notadamente pelo escurecimento causado pela sujeira, que faz com que a telha absorva mais calor. Assim, é possível afirmar que a limpeza das telhascontribuiria substancialmente para a redução da temperatura da cobertura, e consequentemente na redução da carga térmica da edificação.

REFERÊNCIASABNT NBR 8947 - Telha cerâmica – Determinação da massa e da absorção de água (JUL 1985).

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Marinoski, Deivis L. ; De Souza, G. T ; Sangoi, J. M. ; Lamberts, R. Utilização de imagens em infravermelho para análise térmica de componentes construtivos. ENTAC 2010, 2010, CANELA-RS.

Monteiro, José R. V.; Leder, Solange M. A aplicação da termografia como ferramenta de investigação térmica no espaço urbano. ELECS 2011, 2011, VITÓRIA-ES.

Stefan Datcu, Laurent Ibos, Yves Candau, Simone Matteï. Improvement of building wall surface temperature measurements by infrared thermography. Infrared Physics & Technology 46 (2005) 451-467.

AGRADECIMENTOSAo CNPq e a CAPES pelos recursos financeiros aplicados nesta pesquisa.

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