UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO SUL

ESCOLA DE ENGENHARIA

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA MECÂNICA

COMPARATIVO ENTRE ISOLANTES TÉRMICOS PARA COBERTURAS

DO TIPO MANTA DE ALUMÍNIO E TELHADO VERDE (GREENROOF)

por

Alexandre Leal Camilo

Ricardo Tonial

Daniel Bombassaro

Fernando Xavier

Trabalho Final da Disciplina de Medições Térmicas

Porto Alegre, 24 de junho de 2008.

ii

Comparativo entre isolantes térmicos para coberturas do tipo manta de alumínio e telhado

verde (greenroof)

RESUMO

O presente trabalho tem o objetivo de comparar a eficiência do isolamento térmico

gerado pelo uso de isolantes térmicos para coberturas do tipo manta de alumínio e cobertura

verde (GreenRoof) em edificações. Tal comparação é feita em termos do aquecimento do ar

interior de uma caixa em forma de cubo quando esta é submetida a uma fonte de radiação

incidente em sua face superior. Para a medição da temperatura do ar no interior da caixa é

utilizado um termistor do tipo NTC de 10K-ohms. A aquisição dos dados é realizada através do

sistema de aquisição HP34970A Multiplex e um software adequado. Após a realização da análise

verifica-se que ambos os tipos de isolamentos fornecem resultados semelhantes e não

conclusivos. Indicando que tal análise de comparação não fornece resultados satisfatórios em

laboratório.

PALAVRAS-CHAVES: isolantes, temperatura, Telhado Verde, GreenRoof, manta de alumínio,

radiação.

ABSTRACT

The present paper aims at evaluating the efficiency of thermal insulation by the use of

thermal insulation shields using aluminum and green coverage (GreenRoof) in buildings. This

comparison is made in terms of heating the air inside a box in the shape of a cube when it is ex-

posed to a source of radiation incident on its upper surface. To measure the air temperature in-

side the box is used a NTC sensor. The data acquisition is achieved through by using an

HP34970A Multiplex system and appropriate software. After the analysis it appears that both

types of insulation provide similar results and not conclusive analysis. Indicating that such a

comparison does not provide a satisfactory result in laboratory.

KEY-WORDS: insulation, GreenRoof, aluminun insulation, temperature, radiation.

iii

SUMÁRIO 1. INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 4

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................ 4

3. CONSTRUÇÃO DO EXPERIMENTO .............................................................................. 6

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS................................................................................. 10

5. CONCLUSÕES ................................................................................................................. 12

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................................. 12

4

1. INTRODUÇÃO

O isolamento térmico de coberturas em muitos casos constitui um fator de grande

importância para a redução da carga térmica em edificações. A utilização de isolamentos em

coberturas torna-se um fator importante a ser considerado. Existem atualmente no mercado

diversos sistemas isolantes para coberturas de edificações onde entende-se por cobertura os

diversos tipos de telhados e lajes presentes em edificações. Neste trabalho é feita uma

comparação em laboratório entre o comportamento térmico de um isolante do tipo manta de

alumínio e outro do tipo Telhado-Verde aplicados a uma caixa em forma de cubo irradiada em

sua cobertura por uma fonte de radiação proveniente de uma estufa caseira.

A utilização de uma cobertura vegetal do tipo telhado verde (GreenRoof) pode constituir

uma boa alternativa para se atingir tal objetivo, além de ser uma alternativa ecológica

aumentando os espaços verdes em grandes cidades.

A utilização de mantas de alumínio já é bastante conhecida e apresenta alta eficiência

diminuindo grandemente a carga térmica em edificações.

2. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

Cobertura verde, ajardinada, telhados vivos ou ecológicos é toda a estrutura de telhado ou

cobertura que agrega em sua composição, uma cama de solo e outra de vegetação, uma vez que

seu sistema construtivo se aplica a uma técnica de aplicação de camadas (Peck, 1999).

Em estudo de aplicação de plantas para telhados vivos em cidades de clima tropical, Laar

(2001) analisou algumas espécies de plantas e identificou Portulaca grandiflora, Tradescantia

pallida, Asparagus desiflorus e Senico confusus dentre aquelas que apresentam melhores

condições de adequação. A Figura 1, abaixo, exemplifica o uso de coberturas verdes em

construções.

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Figura 1 - Exemplo de utilização de coberturas vegetadas (Fonte: www.ecotelhado.com.br em 01/07/2008)

A cobertura vegetada é normalmente constituída por três camadas, uma membrana anti-

raíz, um substrato e a vegetação. Em alguns casos se faz necessário a impermeabilização com

manta asfáltica (fonte http://www.ecotelhado.com.br). A membrana utilizada é constituída por

um filme de material polimérico que evita a proliferação das raízes. O substrato serve para fixar

a vegetação e reter água. A Figura 2 abaixo exemplifica sua montagem.

Figura 2 - Exemplo de montagem.

Mantas de alumínio são constituídas em sua face não exposta por poliéster ou filme de

polietileno de alta densidade coberta por um filme de alumínio de alta capacidade de reflexão em

sua face exposta, (fonte http://www.lwart.com.br). Abaixo, na Figura 3, um exemplo de uma

manta isolante térmica com película de alumínio.

6

Figura 3 - Exemplo de manta com filme de alumínio

Radiação térmica é a radiação de natureza eletromagnética emitida por um corpo. Todo

corpo que não esteja a uma temperatura igual ao zero absoluto emitirá radiação térmica. Um

corpo também recebe este tipo de radiação do meio que o cerca. Para um corpo que possua

temperatura diferente do meio, ele irá perder mais energia do que recebe se possuir maior

temperatura que o meio ou, ao contrário, receberá mais energia se tiver menor temperatura. Isto

ocorrerá até que seja atingido um estado chamado de equilíbrio térmico. Neste estado, as taxas

de emissão e absorção de energia são iguais (Incropera e deWitt, 2003).

3. CONTRUÇÃO DO EXPERIMENTO

Foi construída uma caixa em forma de cubo de 0,6m de lado feita a partir de chapas em

MDF de 6mm de espessura com a finalidade de confinar ar em um volume definido como mostra

a Figura 4 abaixo.

7

Figura 4 - Caixa em MDF Um termistor do tipo NTC (Negative Temperature Coefficient) com uma resistência de

10K-ohms a 25ºC, podendo operar em uma faixa de -50 a 120ºC com exatidão da medida de

0,3ºC foi inserido na caixa com a finalidade de se fazer as medidas de temperatura do ar no seu

interior. Tal termistor apresenta um comportamento bastante não linear, diminuindo sua

resistência com o aumento da temperatura Seu comportamento não linear pode ser representado

pela Equação 1, abaixo:

� � ����

��, (1)

onde R é a resistência em Ohms, T a temperatura em ºC, A e B são constantes.

Na Figura 5, pode-se ver o termistor utilizado.

8

Figura 5 - Termistor NTC utilizado no experimento

A calibração do termistor foi realizada utilizando-se um termômetro de bulbo em vidro

como referência com precisão de 0,1ºC. Para tanto, o termistor e o termômetro em vidro foram

colocados em um banho de água com temperatura controlada e variou-se a temperatura do

mesmo. O termistor NTC foi então ligado a um aquisitor de dados HP34970A Multiplex e

juntamente com o software Agilent BenchLink Data Logger medidas de temperatura da água no

banho foram coletadas. As medidas coletadas pelo aquisitor de dados e visualizadas no

termômetro em vidro podem ser vistas na Tabela 1, abaixo:

Tabela 1 – dados da calibração

Temperatura lida no

Termômetro de Bulbo [ºC]

Temperatura lida

no HP34970A [ºC]

20

22

24

26

28

30

32

34

36

38

40

42

44

46

48

51

19.63

21.68

23.40

25.84

27.91

29.91

31.94

33.66

35.80

38.07

40.11

42.20

44.36

46.44

48.47

51.52

Foi realizado, então, um ajuste dos dados utilizando-se o software Curvefit gerando-se uma

reta de ajuste, como vista na Equação 2, abaixo:

9

� �� ����� � ���������� (2)

Onde, y representa a temperatura corrigida em ºC e x a temperatura lida no aquisitor de

dados em ºC.

Aplicou-se o isolante do tipo manta de alumínio e do tipo cobertura verde na face superior

da caixa separadamente e está foi irradiada por uma fonte de radiação proveniente de uma estufa

caseira com duas resistências de 600W cada. A manta de alumínio utilizada tinha as seguintes

propriedade e características:

Tipo de colagem: Maçarico ou ligante

Espessura: 3mm

Absorção máxima de água: 3%

Refletância: 95%

A cobertura verde foi aproximada utilizando-se leivas de grama do tipo esmeralda e filme

de polietileno de baixa densidade pois a cobertura verde comercial possui maior espessura o que

poderia dificultar as medições de temperatura devido a sua inércia térmica.

As temperaturas foram medidas para um intervalo de tempo de 60 minutos com a estufa

ligada e mais 30 minutos com a estufa desligada. Podemos ver a montagem do experimento nas

Figura 6 e 7, respectivamente:

10

Figura 6 - Experimento com manta de alumínio

Figura 7 - Experimento com cobertura verde

11

4. RESULTADOS EXPERIMENTAIS

As medidas de temperatura ao longo de um intervalo de tempo de 60 minutos podem ser

visualizadas na Tabela 2 para os dois casos:

Tabela 2 - Medidas de temperatura do ar no interior da caixa

Tempo [min.] Temp. no interior

da caixa [°C], manta

de alumínio

Temp. no interior

da caixa [°C],

cobertura verde

Diferença de

temperatura entre

os experimentos

[°C]

0 19.25128755 19.62561038 -0.37432283

5 19.39267579 19.46896441 -0.07628862

10 19.5798372 19.42115687 0.15868033

15 19.76699862 19.42624278 0.34075584

20 19.9836583 19.51066886 0.47298944

25 20.15352763 19.67240073 0.4811269

30 20.30101896 19.82497797 0.47604099

35 20.41697766 19.95314285 0.46383481

40 20.51360991 20.06910155 0.44450836

45 20.5970188 19.91550713 0.68151167

50 20.65703252 19.58899184 1.06804068

55 20.69263387 19.36724625 1.32538762

60 20.73128678 19.11396803 1.61731875

Os resultados para a variação da temperatura ao longo do tempo podem ser vistos no

Gráfico1 abaixo:

Gráfico 1

Do gráfico acima notamos uma diminuição da temperatura do ar no interior da caixa no

intervalo de 0 a 15 minutos aproximadamente para o caso do experimento com a cobertur

efeito provavelmente ocasionado devido à evaporação da água presente nas leivas de grama

usadas como isolante. Após esse período de tempo a temperatura medida aumenta até o tempo de

40 minutos, onde a partir de então volta a decrescer

grande variação da temperatura do ar no interior da sala

Deve-se observar que no tempo de 60 minutos a estufa é desligada fazendo com que a

temperatura do ar medida no interior da caixa diminua.

16.5

17

17.5

18

18.5

19

19.5

20

20.5

21

21.5

Os resultados para a variação da temperatura ao longo do tempo podem ser vistos no

Gráfico 1 - Evolução da temperatura ao longo do tempo

Do gráfico acima notamos uma diminuição da temperatura do ar no interior da caixa no

intervalo de 0 a 15 minutos aproximadamente para o caso do experimento com a cobertur

efeito provavelmente ocasionado devido à evaporação da água presente nas leivas de grama

usadas como isolante. Após esse período de tempo a temperatura medida aumenta até o tempo de

40 minutos, onde a partir de então volta a decrescer. Tal queda de temperatura

grande variação da temperatura do ar no interior da sala (de 22,5°C para 16°C)

se observar que no tempo de 60 minutos a estufa é desligada fazendo com que a

temperatura do ar medida no interior da caixa diminua.

Temp. interior da caixa

[°C], manta aluminio

Temp. interior da caixa

[°C], cobertura verde

Estufa é desligada em 60 minutos

12

Os resultados para a variação da temperatura ao longo do tempo podem ser vistos no

Evolução da temperatura ao longo do tempo

Do gráfico acima notamos uma diminuição da temperatura do ar no interior da caixa no

intervalo de 0 a 15 minutos aproximadamente para o caso do experimento com a cobertura verde,

efeito provavelmente ocasionado devido à evaporação da água presente nas leivas de grama

usadas como isolante. Após esse período de tempo a temperatura medida aumenta até o tempo de

e temperatura deveu-se a uma

(de 22,5°C para 16°C).

se observar que no tempo de 60 minutos a estufa é desligada fazendo com que a

Temp. interior da caixa

C], manta aluminio

Temp. interior da caixa

C], cobertura verde

desligada em 60 minutos.

13

5. CONCLUSÃO

Houve uma significativa variação da temperatura no interior da sala durante a realização do

experimento com a cobertura vegetal como isolamento. Do gráfico acima nota-se que a variação

de temperatura total para ambos os casos não foi significativa, aproximadamente 1,5°C. Não foi

possível a obtenção de medidas confiáveis devido ao fato de que a temperatura do ar no interior

do laboratório onde o experimento foi realizado não ter permanecido aproximadamente

constante.

O experimento poderia ser melhorado isolando-se termicamente as laterais da caixa a fim

de se reduzir as perdas por convecção e provavelmente se atingir temperaturas mais elevadas em

seu interior. Melhor ainda, seria a confecção de modelos maiores e testados sob condições reais

por um longo período de tempo.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Incropera, F. P., Dewitt, “Fundamentos de Transferência de Calor e de Massa”, 5ª Edição,

2003.

http://www.ecotelhado.com.br, em 22/06/2006.

http://www.lwart.com.br, em 22/06/2008.