composito sanduiche

7/13/2019 composito sanduiche

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UNIVERSIDADE DE CAXIAS DO SUL

PR-REITORIA DE PS-GRADUAO E PESQUISA

COORDENADORIA DE PS-GRADUAO

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM MATERIAIS

DESENVOLVIMENTO E CARACTERIZAO DE COMPSITOS SANDUCHE PARA

ISOLAMENTO TRMICO

ANA PAOLA SARTORI

CAXIAS DO SUL, 2009


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ANA PAOLA SARTORI


ISOLAMENTO TRMICO

Dissertao apresentada ao Programa de

Ps-Graduao em Materiais da

Universidade de Caxias do Sul, visando a

obteno do grau de Mestre em Engenharia

e Cincia dos Materiais, com a orientao

da Prof. Dr. Janaina da Silva Crespo e co-

orientao da Prof. Dr. Regina Clia Reis

Nunes.

CAXIAS DO SUL, 2009


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ISOLAMENTO TRMICO

Ana Paola Sartori

Dissertao de Mestrado submetida Banca Examinadora designadapelo Colegiado do Programa de Ps-Graduao em Materiais daUniversidade de Caxias do Sul, como parte dos requisitos necessriospara a obteno do ttulo de Mestre em Engenharia e Cincia dosMateriais, rea de Concentrao: Processamento e Simulao de

Materiais.

Caxias do Sul, 26 de outubro de 2009.

Banca Examinadora:

Prof. Dr. Janaina da Silva Crespo (Orientadora)

Universidade de Caxias do Sul

Prof. Dr. Regina Celia Reis Nunes (Co-orientadora)


Prof. Dr. Srgio Henrique Pezzin

Universidade Estadual do Estado de Santa Catarina

Prof. Dr. Mara Zeni Andrade


Prof. Dr. Paulo Roberto Wander


Prof. Dr. Carlos Alberto Costa



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TRABALHOS APRESENTADOS

Congresso: 10 Congresso Brasileiro de Polmeros (CBPOL), 2009, Foz do Iguau, Brasil

Ttulo: Determinao do coeficiente global de transferncia de calor U em painis

sanduche para isolamento trmico

Autores: Ana P. Sartori, Paulo R. Wander, Janaina S. Crespo e Regina C. Reis Nunes

Congresso: Congresso de Materiais Compsitos (COMATCOMP), outubro de 2009, San

Sebastian, Espanha

Ttulo: Determination of the Overall Heat Transfer Coefficient U in Heat Insulation

Sandwich Panels

Autores: Ana P. Sartori, Paulo R. Wander Marcelo Giovanela, Janaina S. Crespo e Regina C.

Reis Nunes

ARTIGO EM PREPARAO

Peridico: Journal of Composite MaterialsTtulo: Determination of the Overall Heat Transfer Coefficient U in Heat Insulation

Sandwich Panels

Autores: Ana P. Sartori, Paulo R. Wander, Marcelo Giovanela, Janaina S. Crespo e Regina C.

Reis Nunes


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AGRADECIMENTOS

Deus, por tudo.

minha orientadora, Prof. Dr. Janaina da Silva Crespo, pelos ensinamentos, dedicao,

amizade e confiana em mim depositada para elaborao deste trabalho, e minha co-

orientadora, Prof. Dr. Regina Clia dos Reis Nunes, por todo aprendizado, amizade,

dedicao e apoio na elaborao desta dissertao.

Aos meus pais, Vilmar Sartori e Udila Mosena Sartori, meu irmo Josimar Sartori pelo amor,

pacincia e apoio incondicional.

Aos meus amigos e colegas da Randon Implementos, Fernando Bortolini, Lo Roberto

Furlan, Joel Capelari, Edson Luiz Godinho, Cleiton Lima Boeno, Karine Guerra, Daiana

Valria Trombetta, Gilberto Kirsten e Vilson dos Santos que muito colaboraram para que este

sonho se tornasse realidade.

A todos os meus amigos, que me compreenderam durante este perodo singular de minha

vida.

Randon Implementos, em especial as reas de Engenharia de Processos, Engenharia de

Furges Frigorficos, Engenharia Experimental, Laboratrio da Qualidade e Setor de

Fabricao de Furges Frigorficos que proporcionaram a confeco dos corpos de prova e aexecuo dos ensaios trmicos e mecnicos.

Ao Prof. Dr. Paulo Roberto Wander pelo auxlio na anlise dos dados obtidos na rea trmica

e ao Marcos que nos auxiliou nas termografias realizadas.

Aos professores e colegas do Mestrado em Materiais, em especial ao Prof. Dr. Marcelo

Giovanela pelo auxlio nesta reta final e a todos mais que colaboraram, direta ou

indiretamente, na elaborao deste trabalho.


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vii

NDICE

NDICE DE FIGURAS ............................................................................................................. ix

NDICE DE TABELAS E QUADROS ................................................................................... xi

SIGLAS E ABREVIATURAS ................................................................................................. xii

RESUMO ................................................................................................................................ xiv

ABSTRACT ............................................................................................................................. xv

1 INTRODUO ....................................................................................................................... 1

2 OBJETIVO .............................................................................................................................. 33 REVISO DA LITERATURA

3.1 Transporte de Produtos Perecveis .................................................................................. 4

3.2 Compsitos Sanduche ..................................................................................................... 5

3.3 Materiais de Ncleo ........................................................................................................ 10

3.3.1. Poliuretano ......................................................................................................... 10

3.3.2. Poliestireno ........................................................................................................ 13

3.3.3. Outros Materiais Isolantes................................................................................ 13

3.4 Materiais de Face (Revestimento) .................................................................................. 14

3.4.1. Resina Polister com Fibra de Vidro ............................................................... 14

3.4.2. Revestimentos Metlicos .................................................................................... 14

3.5 Caractersticas de Sustentabilidade ............................................................................... 15

3.6 Transferncia de Calor.................................................................................................... 15

3.7 ABNT/NBR 15457 - Implemento Rodovirio Carroceria termicamente isolada

Desempenho Trmico ........................................................................................................... 16

4 MATERIAIS E MTODOS

4.1 Materiais ......................................................................................................................... 17

4.2 Equipamentos e Acessrios ............................................................................................ 18

4.2.1 Determinao do ndice Global de Transferncia de Calor(U).......................... 18

4.2.2 Determinao das Propriedades Fsico-Mecnicas............................................ 19

4.2.3 Determinao das Propriedades Trmicas......................................................... 20

4.2.4 Determinao da Morfologia.............................................................................. 21

4.3 Mtodos ......................................................................................................................... 21

4.3.1 Preparao dos Corpos de Prova....................................................................... 21


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viii

4.3.2 Obteno dos Corpos de Prova por Moldagem por Injeo............................... 21

4.3.3 Microscopia Eletrnica de Varredura da Espuma Rgida de PU....................... 24

4.3.4 Anlise Termogravimtrica (TGA)...................................................................... 24

4.3.5 Inflamabilidade da Espuma ................................................................................. 24

4.3.6 Massa Especfica Aparente .................................................................................. 24

4.3.7 Resistncia Mecnica Compresso da Espuma............................................... 25

4.3.8 Ensaio de Nvoa Salina ....................................................................................... 25

4.3.9 Resistncia Flexo do Compsito..................................................................... 25

4.3.10 Densidade Global .............................................................................................. 26

4.3.11 Obteno dos Cubos para ensaio de Condutncia............................................ 26

4.3.12 Clculo Terico do Coeficiente Global............................................................. 274.3.13 Montagem do Experimento ................................................................................ 27

4.3.14 Anlise Termogrfica........................................................................................ 29

4.3.15 Dimensionamento dos Cubos............................................................................ 30

4.3.16 Clculo Experimental do Coeficiente Global.................................................... 31

5 RESULTADOS E DISCUSSES

5.1 Caracterizao dos Materiais .......................................................................................... 34

5.1.1 Caracterizao do Poliuretano........................................................................... 34a)Microscopia Eletrnica de Varredura da Espuma Rgida .......................... 34

b)Anlise Termogravimtrica.......................................................................... 35

c) Condutividade Trmica, Densidade e Resistncia Compresso............... 36

5.1.2 Caracterizao da Resina Polister com Fibra de Vidro................................... 39

a)Anlise termogravimtrica........................................................................... 39

5.1.3 Caracterizao do Revestimento em Ao Galvanizado e Alumnio.................... 40

b) Comportamento em Atmosfera Salina.......................................................... 405.2 Caracterizao dos Compsitos Sanduches .................................................................. 41

5.2.1 Resistncia Flexo ............................................................................................ 41

5.2.2 Densidade Global, Peso/m e Custo.................................................................... 46

5.3 Caracterizao dos Cubos Teste ..................................................................................... 47

5.3.1 Coeficiente Global de Transferncia de Calor.................................................... 47

5.3.2 Anlise Termogrfica.......................................................................................... 51

6 CONCLUSES ..................................................................................................................... 54

7 REFERNCIAS .................................................................................................................... 56


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ix

NDICE DE FIGURAS

Figura 1: (a) Semirreboque frigorfico; (b) vista interna carga palletizada e (c) vista interna

carga pendurada ......................................................................................................................... 6

Figura 2: Compsito sanduche com diversos materiais de face ................................................ 8

Figura 3: Equao qumica tpica da obteno do poliuretano ................................................. 10

Figura 4: Curva do coeficiente k em funo da densidade do PU . .......................................... 11

Figura 5: (a) Ensaio de flexo: medidor de deslocamento linear e (b) painel montado .......... 20

Figura 6: (a) e (b) Detalhamento da obtenso do compsito sanduche por injeo ................ 23

Figura 7: Esquema de ensaio de flexo em 3 pontos ............................................................... 25Figura 8: (a) e (b) Vista interna e externa dos corpos de prova................................................ 26

Figura 9: Coordenada dos termopares utilizados no ensaio para obteno do coeficiente global

de transferncia de calor .......................................................................................................... 28

Figura 10: Posicionamento dos termopares, da resistncia eltrica e do ventilador no cubo... 29

Figura 11: (a) Detalhamento dos pontos de coleta e (b) ilustrao do resultado ..................... 30

Figura 12: Micrografias do PU ampliao de 25x (a) e 40x (b). ........................................... 34

Figura 13: (a) Curva de TGA e DTG em N2e (b) Curva de TGA e DTG em O2 ................... 35Figura 14: Densidade e resistncia compresso do PU ........................................................ 38

Figura 15: Curva de TGA e DTG do PRFV ............................................................................. 39

Figura 16: Ensaio em nvoa salina (a) inicial, (b) 240 horas e (c) 456 horas do AG............... 40

Figura 17: Ensaio em nvoa salina (a) inicial, (b) 240 horas e (c) 456 horas do Alumnio ..... 40

Figura 18: Curva tenso versus deformao dos compsitos sanduche ................................. 42

Figura 19: Energia, deformao e resistncia flexo dos quatro compsitos ........................ 43

Figura 20: (a) Reforos metlicos do compsito Al Frisado/PU/PRFV e (b) detalhe apsensaio de resistncia flexo.................................................................................................... 44

Figura 21: (a) e (b) Compsito sanduche PRFV/PU/PRFV posterior ao ensaio de flexo ..... 44

Figura 22: (a) e (b) Detalhe da deformao do compsito Ao Galvanizado/PU/AG ............. 45

Figura 23: (a) e (b) Detalhe da deformao do compsito Alumnio/PU/Al ........................... 45

Figura 24: Caractersticas dos painis propostos quanto custo, peso e densidade. ............... 46

Figura 25: Coeficiente global de transferncia de calor terico versusexperimental versus

coeficiente de isolamento trmico do PU ................................................................................. 48

Figura 26: Distribuio de temperatura no compsito PRFV/PU/PRFV ................................. 52

Figura 27: Distribuio de temperatura no compsito AG/PU/AG ......................................... 52


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x

Figura 28: Distribuio de temperatura no compsito Al Frisado/PU/PRFV. ......................... 53

Figura 29: Distribuio de temperatura no compsito Al/PU/Al ............................................ 53


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xi

NDICE DE TABELAS E QUADROS

Tabela 1: Parmetros para moldagem por injeo ................................................................... 22Tabela 2: Parmetros para injeo (massa versus tempo de injeo) ....................................... 23

Tabela 3: Dimensionamento dos corpos de prova ................................................................... 30

Tabela 4: Condutividade trmica e densidade da espuma de PU dos compsitos sanduche

desenvolvidos. ......................................................................................................................... 36

Tabela 5: Parmetros coletados no experimento ...................................................................... 48

Quadro 1: Configurao das propostas dos compsitos sanduche. ......................................... 18Quadro 2: Posicionamento dos termopares no corpo de prova (cubo) no ensaio para obteno

do coeficiente global de transferncia de calor ....................................................................... 28

Quadro 3: Equaes utilizadas no clculo do coeficiente global de transferncia de calor ..... 31


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xii

SIGLAS E ABREVIATURAS

ABNT: Associao Brasileira de Normas Tcnicas

Aext: rea externa

AG: Ao Galvanizado

Aint: rea interna

Al Frisado: Alumnio conformado

Al: Alumnio

ASTM:American Society for Testing and Materials Standards

ATP: Acordo internacional de transportes

Cp: Calor especfico

DTG: Derivada da curva da anlise termogravimtrica

e: Espessura de poliuretano a ser injetado

EPS: Poliestireno expandido

g: Acelerao da gravidade

Gr: Nmero de Grashof

HCFC: Di-cloro fluoretano

hext: Coeficiente de transferncia de calor do ar externo

hint: Coeficiente de transferncia de calor do ar interno

k : Condutividade trmica do ar

k: Coeficiente de isolamento trmico

L: Comprimento dos painis

l1: Largura do corpo de prova

l2: Comprimento do corpo de prova

m: Massa a ser injetada no corpo de prova


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xiii

MDI: 4,4 diisocianato de difenilmetano

MEV: Microscopia eletrnica de varredura

Nu: Nmero de Nusselt (sistema turbulento)

Pr: Nmero de Prandtl

PRFV: Plstico reforado com fibra de vidro

PU: Poliuretano

Q: Potncia mdia dissipada no experimento

R: Resistncia do compsito sanduche

TGA: Anlise termogravimtrica

TP1 TP6: Termopares de 1 6

U: Coeficiente global de transferncia de calor

UCS: Universidade de Caxias do Sul

Ui: Coeficiente global de transferncia de calor

v: Volume do corpo de prova a ser preenchido com poliuretano

: Inverso da temperatura mdia

: Massa especfica

T: Variao da temperatura

: Viscosidade


13/81

xiv

RESUMO

Um painel sanduche consiste essencialmente em duas faces, podendo inclusive possuir

reforos metlicos e um ncleo formado normalmente por um polmero celular. As faces

deste tipo de painel podem estar unidas por um adesivo estrutural, ou por espuma rgida de

poliuretano (PU) injetado diretamente sobre os substratos, quando a unio ocorrer

naturalmente. A propriedade de maior relevncia que o painel sanduche deve ter para o

transporte de cargas congeladas (0C a -30C) ou refrigeradas (7C a 1C) a condutividade

trmica (k). Dentro deste contexto o objetivo deste trabalho foi propor e caracterizar painis

sanduches que possam ser utilizados em cmaras frigorficas. Este trabalho apresenta as

seguintes alternativas para compsito sanduche: amostra 1 (PRFV/PU/PRFV); amostra 2

(AG/PU/AG); amostra 3 (Frisado/PU/PRFV); e amostra 4 (Al/PU/Al), onde PRFV polister

reforado com fibra de vidro, PU espuma rgida de poliuretano, AG ao galvanizado,

Frisado alumnio frisado, e Al alumnio. Estes painis foram caracterizados quanto s

propriedades fsico-mecnicas, trmicas, morfolgicas e custo. Foi possvel concluir que o

sistema (AG/PU/AG) mostrou o melhor custo versus desempenho dentre os compsitos

propostos.

Palavras-chave: painel sanduche, condutividade trmica, ndice global de transferncia de

calor U, termografia.


14/81

xv

ABSTRACT

A sandwich panel consists essentially of two face sheets and may even have metal

reinforcements and a core formed, usually by a cellular polymer. The faces of this type of

panel may be joined by a structural adhesive or in cases where the core is a rigid polyurethane

foam injected directly on the substrates the union will occur naturally. The most relevant

property of the sandwich panels for the transport of frozen (0C a -30C) or chilled (7C a

1C) cargo is thermal conductivity (k). Within this context the objective of this work is to

obtain and characterize sandwich panels which can be used in refrigerated chambers. This

work presents four alternatives for composite sandwich, sample 1 (PRFV/PU/PRFV), sample

2 (AG/PU/AG), sample 3 (Al Crimpy/PU/PRFV) and sample 4 (Al /PU/Al), were PRFV is a

glass fibre reinforced plastics, PU is a rigid polyurethane, AG is galvanized steel, Al Crimpy

is crimpy aluminum and Al is aluminum. These composites were characterized by physical-

mechanical, thermal, morphologic and cost. It could be concluded that the AG/PU/AG

showed the best cost versusperformance.

Key-words: sandwich panel, thermal conductivity, overall heat transfer coefficient U and

thermografy.


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1

1. INTRODUO

O transporte de produtos perecveis e de alto grau de fragilidade tem aumentado

consideravelmente nos ltimos anos. A forma como estes produtos so transportados e a

integridade da carga tem estimulado os rgos governamentais a utilizarem critrios de

inspeo mais rigorosos, o que desencadeou, no Brasil, na elaborao de norma que

regulariza e caracteriza carrocerias frigorficas quanto ao seu ndice de isolamento trmico

(ABNT/NBR 15457).

O objetivo bsico de uma cmara frigorfica evitar a deteriorizao dos produtos

alimentcios perecveis, mediante a manuteno e conservao destes em espaos

confinados sob temperaturas controladas. Cmaras frigorficas, estacionrias ou no, so

fabricadas utilizando-se compsitos sanduche, ou seja, materiais que permitem a

conservao em temperaturas controladas devido s suas propriedades de isolamento

trmico. Um compsito sanduche consiste essencialmente de duas faces, podendo

inclusive possuir reforos metlicos, e um ncleo, formado normalmente por um polmero

celular. As faces deste tipo de compsito podem estar unidas por um adesivo estrutural ou

por um ncleo de espuma rgida de poliuretano (PU), injetado diretamente sobre os

substratos (DOW et al.,2006).

A propriedade de maior relevncia que o compsito sanduche deve apresentar para

o transporte de cargas congeladas (-30 a 0C) e refrigeradas (1 a 7C) o coeficiente

global de transferncia de calor (U). Dentro deste contexto, este trabalho teve por objetivo

preparar e caracterizar compsitos sanduche para o uso em cmaras frigorficas e que

atendam a norma ABNT/NBR 15457, que caracteriza uma carroceria como fortemente

isolada quando a mesma possui um coeficiente de isolamento trmico inferior a

0,40W/mK.


16/81

2

Neste trabalho so propostas quatro alternativas de compsito sanduche tendo

como ncleo a espuma rgida de poliuretano (PU) e como substrato os seguintes materiais:

placas de polister reforado com fibra de vidro (PRFV/PU/PRFV); placas de ao

galvanizado pr-pintado com revestimento poliuretnico atravs do processo de coil

coating* (AG/PU/AG); placas de alumnio frisado pr-pintado com revestimento

poliuretnico atravs do processo de coil coating (Al Frisado/PU/PRFV) e placas de

alumnio pr-pintado com revestimento poliuretnico atravs do processo de coil coating

(Al/PU/Al). Todos os compsitos foram analisados quanto ao coeficiente global de

transferncia de calor, propriedades fsicas, mecnicas e morfolgicas, tendo sido avaliado

tambm o custo final para cada compsito proposto.

______________________________________________________________________

* Processo contnuo, totalmente automatizado para pintura de bobinas metlicas. Rene inmeras vantagens sobre

sistemas convencionais, destacando-se a aderncia e a uniformidade da camada dos revestimentos aplicados. (Fonte:

National Coil Coating Association).


17/81

3

2. OBJETIVO

O objetivo desta Dissertao foi desenvolver e caracterizar compsitos sanduche

para o uso em cmaras frigorficas no transporte de produtos perecveis de forma

congelada (-30 a 0C) e refrigerada (1 a 7C), com baixo custo e alto desempenho quanto

s propriedades mecnicas e ao isolamento trmico.

Para atingir esses objetivos, sero realizadas as seguintes atividades:

Fabricao de corpos de prova especficos para os ensaios de: coeficiente global

de transferncia de calor (U) e resistncia flexo;

Desenvolvimento de mtodo de coleta de parmetros para a determinao do

parmetro U das propostas de compsitos;

Anlise dos parmetros obtidos atravs de modelos matemticos especficos

para a determinao do parmetro U;

Anlise das propriedades fsicas, mecnicas e morfolgicas dos compsitos

desenvolvidos;

Clculo de custos das alternativas propostas.

Este trabalho apresenta relevncia na rea de compsitos sanduche para cmaras

frigorficas por permitir controle no desempenho trmico de uma cmara estacionria ou

no, destinada basicamente a manter a temperatura interna para a conservao de produtos

perecveis. O mtodo de ensaio desenvolvido nesta Dissertao propicia o controle da

eficincia no isolamento trmico de forma no destrutiva, gil e de baixo custo.


18/81

4

3. REVISO DA LITERATURA

3.1. Transporte de produtos perecveis

O transporte de produtos perecveis e de alto grau de fragilidade tem aumentado

consideravelmente nos ltimos anos. A forma como estes produtos so transportados e a

integridade da carga tem estimulado rgos governamentais a criar critrios de inspeo

mais rigorosos, o que desencadeou na elaborao da norma NBR 15457, que regulariza e

caracteriza carrocerias frigorficas quanto ao seu desempenho trmico (Torreira, 1980).

O transporte de produtos alimentares para consumo humano deve garantir o estado

natural e a qualidade dos produtos transportados sendo estes refrigerados ou no. O

objetivo impedir o seu contgio e degradao durante o transporte (Banco de Alimentos e

Colheita Urbana, Transporte de Alimentos, 2003). Alm disso, esse transporte deve

apresentar determinadas caractersticas, e seguir diversas normas, para que a segurana

alimentar dos consumidores no venha a ser prejudicada. Dentre os veculos de transporte,

os de alimentos perecveis so os que exigem maiores controles no que se refere

temperatura e higiene (Carnes, derivados e produtos crneos, 1988).

O interior do veculo para o transporte de produto resfriado, refrigerado ou

congelado deve ser feito com material liso, no txico e impermevel. O produto

refrigerado deve ser mantido entre 1 e 7C, o resfriado entre 7 e 10C, e os congelados

entre -30 e 0C, tendo sempre em conta as especificaes do fabricante. Este tipo de

transporte refere-se a carnes, sucos, creme vegetal e margarina, gorduras em embalagens

metlicas, produtos de pastelaria que necessitam de controle de temperatura e refeies

prontas, gelados, congelados ou supercongelados. Este tipo de transporte necessita um

controle de temperatura muito rgido e a adequao s normas especficas para estes

(Transporte de alimentos perecveis, 2008).


19/81

5

Os alimentos perecveis esto regulamentados pela norma geral e pelo acordo

internacional de transportes (APT). Este acordo tem por objetivo garantir a durabilidade

com que os alimentos so transportados para o consumo, assim como o controle das

condies tcnicas necessrias do veculo (ATP, 2008).

O objetivo bsico de funcionamento de uma cmara frigorfica evitar a

deteriorizao dos produtos alimentcios perecveis, mediante a manuteno e conservao

destes em espaos confinados sob baixas temperaturas. H produtos como a carne e o

peixe congelado que podem ser armazenados por um perodo de 10 meses, em

temperaturas entre -25 e -20C, sem perda sensvel de suas caractersticas peculiares.

Outros produtos como frutas e verduras, em temperaturas prximas a 0C, conservam

praticamente integras suas propriedades durante vrios meses (Torreira, 1980).

O equipamento frigorfico adequado dever retirar calor do interior da cmara, para

diminuir a temperatura, mantendo as mercadorias sob refrigerao. Os materiais utilizados

para o isolamento trmico reduzem a transmisso de calor atravs das superfcies, devido

ao seu baixo coeficiente de condutividade trmica. Em termos prticos, a funo da cmara

frigorfica armazenar o frio produzido pelo aparelho de refrigerao no interior da

cmara (Torreira, 1980).

3.2. Compsitos sanduche

Compsitos sanduche so utilizados na construo de cmaras frigorficas

estacionrias, veculos para transporte de congelados (-30 a 0C) e refrigerados (1 a 7C),

alm de outros fins como a construo civil (Naruse et al., 2002; Seok Choi et al., 2007;

Shawkat et al., 2008 e Alvarado et al., 2009). Estes compsitos, por serem formados por

camadas de diferentes materiais permitem grande flexibilidade nas propostas para este

projeto, principalmente quanto a custos e propriedades, como mecnicas e trmicas.


20/81

Um compsito san

possuir reforos metlicos

faces deste tipo de painel

ncleo de espuma rgi

(Bustamante, 2000; DOW

colagem ou soldagem de

manter afastadas as face

baixssima densidade, alt

isolamento trmico (Gay &

A propriedade de

transporte de cargas conge

calor (U). Atualmente, o

produtos perecveis, em su

de calor (U) acima do val

seja, 0,40 W/mK, est

isolada, de 0,70 0,41

imagem genrica de um f

interior de um furgo frigo

Figura 1(a):Semi

uche consiste essencialmente de duas faces

um ncleo formado normalmente por um

odem estar unidas atravs de um adesivo

da de poliuretano, a unio ocorrer pelo

et al., 2006). Uma estrutura sanduche r

uas faces e um ncleo extremamente leve

. Estes compsitos apresentam timas p

resistncia flexo e excelentes caract

Hoa, 2007).

maior relevncia que o compsito sanduc

ladas ou refrigeradas o coeficiente global

conceito de compsito sanduche utilizad

a grande maioria, apresenta coeficiente glo

r que caracteriza uma carroceria como for

ndo na maioria das vezes, caracterizada

/mK (ABNT/NBR 15457). A Figura 1

rgo frigorfico. Nas Figuras 1(b) e 1(c)

fico e a forma como a carga disposta, res

rreboque Frigorfico (compsito sanduche a

e teto)

6

, podendo inclusive

olmero celular. As

u em casos onde o

prprio polmero

sulta da unio por

ue utilizado para

ropriedades, como

rsticas quanto ao

he deve ter para o

de transferncia de

no transporte de

al de transferncia

emente isolada, ou

omo normalmente

(a) apresenta uma

so apresentados o

ectivamente.

licado nas laterais


21/81

7

Figura 1(b):Vista interna de um semirreboque frigorfico para pallet (produtos embalados

em caixas ou estivados)

Figura 1(c):Vista interna de um semirreboque frigorfico para carne pendurada

As caractersticas importantes e desejveis dos compsitos sanduche so as boas

propriedades estruturais aliadas baixa densidade e a excelentes propriedades de

isolamento trmico (DOW et al., 2006). A Figura 2 mostra diversas propostas paracompsitos sanduche.


22/81

8

Figura 2:Compsitos sanduche com diversos materiais de face e de ncleo

O uso dos compsitos sanduche surgiu com a necessidade da construo de

materiais resistentes e leves, como parte da estrutura de materiais blicos da Segunda

Guerra, principalmente na aviao. Embora possam ser encontrados estudos anteriores, foi

nesta poca que foi desenvolvida e aprimorada sua grande utilidade e vantagem de

construo. Aps o trmino da guerra e com a corrida armamentista, cresceu bastante o uso

de materiais alternativos, com diferentes configuraes, como o compsito sanduche, que

so utilizados amplamente no projeto de veculos aeronuticos, espaciais, na construo

civil, em painis isotrmicos, etc (Bustamante, 2000).

Uma construo sanduche tpica consiste de trs camadas: duas faces rgidas e

relativamente finas separadas por um material com baixa densidade. As faces podem ser de

material isotrpico ou um composto laminado. O ncleo pode ser de alumnio, espuma,

madeira balsa, poliestireno expandido, poliuretano ou variaes destes. A arquitetura da

estrutura sanduche prov excepcional resistncia flexo sem necessariamente aumentar o

peso. Como resultado, as construes sanduche possuem menores deformaes laterais e

maiores resistncia deformao (Bustamante, 2000).

A histria do compsito sanduche se confunde com a histria da construo para a

indstria aeronutica, que busca alternativas de materiais com baixa densidade e excelentes


23/81

9

propriedades estruturais. Em 1938, foi utilizado, na construo do avio Morane 406,

compsitos sanduche com ncleo de madeira revestida com faces de ligas de baixa

densidade (Gay & Hoa, 2007).

Materiais como este so utilizados desde 1950 com honeycombs (alveolar), sendo

que este tipo de estrutura permite formas complexas de ncleo. Materiais como fibra de

boro e epxi comearam a ser desenvolvidos neste tipo de estrutura a partir de 1960. Para

compsitos com fibra de carbono/epxi e fibra de Kevlar(aramida)/epxi, os estudos

iniciaram na dcada de setenta (Gay & Hoa, 2007).

Um dos primeiros trabalhos sobre compsitos sanduche foi publicado por Reissner

(1948). Ele apresentou as equaes diferenciais bsicas para a deflexo de uma placa sob

tenses no plano mdio do ncleo e uma variao da tenso sob a espessura das faces. Yu

(1960) publicou alguns trabalhos sobre vibraes em uma dimenso em um painel

sanduche. Chan & Cheung (1972) utilizaram o mtodo de elementos finitos para a

resoluo de problemas de flexo e vibrao e desenvolveram as equaes para uma placa

sanduche multicamadas. Na formulao destes elementos, foram consideradas a

resistncia flexo das camadas das faces e a deformao por cisalhamento independente

entre o ncleo e as faces.

Estudos mais recentes e relevantes para este trabalho esto relacionados ao uso de

compsitos sanduche para outras aplicaes, como a indstria automotiva em geral e a

construo civil.


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10

3.3. Materiais de Ncleo (Isolantes)

3.3.1. Poliuretano (PU) - Os poliuretanos so polmeros produzidos pelo processo

de policondensao em massa. O poliuretano obtido pela mistura de um poliol e um

isocianato, por meio da reao qumica descrita na Figura 3 (Vilar, 2005).

O C N R N C O + HO R' OH

(Diisocianato) (poliol)

C

O

N R N C O R' O

H H O

npoli(uretano)

Figura 3:Equao qumica tpica da obteno do PU

O sistema poliuretnico normalmente utilizado para espumas rgidas a base de

uma mistura de poliis politeres, devido principalmente a sua funcionalidade e seu alto

teor de hidroxilas e do isocianato (MDI) (4,4-diisocianato de difenilmetano) tendo como

catalisador uma amina terciria. Neste sistema tambm incorporado um tipo de silicone,

que atua como surfactante para aumentar a atividade superficial, e o agente de expanso

auxiliar (AEA) o dicloro-1-fluoretano (HCFC-141b), que fica retido nas clulas fechadas

das espumas rgidas proporcionando a baixa condutividade trmica (Vilar, 2005).

A relao de mistura utilizada nesta composio 100 partes de poliol para 110

partes de isocianato com 5% de tolerncia na proporo de mistura. A densidade livre da

espuma fica na ordem de 28 a 32 kg/m e para a pea moldada, escolhe-se a densidade na

faixa de 38 a 42 kg/m que a regio de menor coeficiente de condutividade trmica (k),

conforme pode ser observado na Figura 4 (DOW, 2009).


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Figura 4:Curva

espuma rgida de PU c

A baixa condutivid

baixa densidade e da sua e

expanso auxiliares (AE

determinada em funo dae do polmero e densidade

densidade mostra um mni

termos do balano entre a

polimrico. A radiao

celulares por unidade de

aumento do nmero de cl

condutividade trmica (k)

pelo aumento da condutivi

tamanho das clulas um

condutividade trmica do

(Vilar, 2005).

e condutividade trmica (k) em funo da d

om agente de expanso HCFC 141b e CFC 1

ade trmica das espumas rgidas de poliure

strutura de clulas pequenas e fechadas, che

). A condutividade trmica final de um

contribuies devido radiao, condutivida espuma. A curva da condutividade trmi

mo em torno de 30 a 50 kg/m, o qual pod

conduo do calor por radiao na fase g

importante em densidades baixas, onde o

olume pequeno. A contribuio da radia

las fechadas por unidade de volume nas den

ambm decresce. Em altas densidades este

ade do PU, o que explica a elevao do fato

a forma de diminuir o valor de k pela redu

gs contribui com cerca de 40% do total

11

nsidade para uma

1 (Vilar, 2005)

tano resulta da sua

ias com agentes de

a espuma (k)

ade trmica do gsa (k) em funo da

e ser explicado em

s e pelo esqueleto

nmero de janelas

o diminui com o

sidades maiores e a

feito contraposto

r k. A reduo do

o da radiao. A

do coeficiente k


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A Agncia de Proteo do Meio Ambiente (EPA) dos Estados Unidos e Naes

Unidas tm alertado sobre a retirada dos hidroclorofluorcarbonados (HCFCs) utilizados

como agentes de expanso fsica na fabricao de espumas de poliuretano. Estudos foram

realizados com o ciclo de vida de vrios agentes de expanso considerados como

alternativa potencial para substituio dos HCFCs na manufatura de espuma rgida de

poliuretano como isolamento trmico. O ciclo de vida do ciclopentano no produz impacto

camada de oznio e elevao significativa do aquecimento global se comparado com o

HCF-134a que, por sua vez, menor que os efeitos causados pelo seu antecessor HCFC-22

(Katz, 2003).

Segundo Modal (2004), as propriedades da espuma rgida de poliuretano so

significativamente afetadas pelo tamanho, distribuio e morfologia das clulas. As

espumas so feitas a partir de diferentes tipos e teores de surfactantes, com variao da

concentrao de agentes de expanso, aditivos e catalisadores. Aumentando a concentrao

de surfactante tem-se a reduo do tamanho celular. O aumento da proporo de

catalisadores organometlicos sobre o total de catalisadores usados ocasiona uma reduo

ainda maior no tamanho celular.

O poliuretano como material de ncleo comumente encontrado na literatura em

aplicaes que vo desde o transporte de produtos perecveis at a construo civil

(Griffith et al., 1995; Swanson, 2003; Vaidya et al., 2003; Sharma et al., 2004; Bogdan et

al., 2005; Sarier, 2008 e Shawkat et al., 2008).


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3.3.2. Poliestireno (EPS) - O poliestireno expandido um material que apresenta

propriedades de isolamento trmico e que pode ser utilizado em cmaras frigorficas

estacionrias ou no.

Foi descoberto em 1949 pelos qumicos Fritz Stastny e Karl Buchholz, quando

trabalhavam nos laboratrios da Basf, na Alemanha. O EPS um polmero celular rgido,

resultante da polimerizao do estireno em gua. Em seu processo produtivo no se utiliza

o gs CFC ou qualquer um de seus substitutos. Como agente expansor para a

transformao do EPS, emprega-se o pentano. O produto final composto de prolas de

at 3 mm de dimetro, que se destinam expanso. No processo de transformao, essas

prolas so submetidas expanso em at 50 vezes o seu tamanho original, atravs de

vapor, fundindo-se e moldando-se em formas diversas. Expandidas, as prolas consistem

em at 98% de ar e apenas 2% de poliestireno. Em 1m de EPS, por exemplo, existem de 3

a 6 bilhes de clulas fechadas e cheias de ar. Os produtos finais de EPS so inodoros, no

contaminam o solo, gua e ar, so reciclveis e podem voltar condio de matria-prima.

O EPS comprovadamente um material isolante, muito utilizado na construo

civil (Seok Choi, 2007). Destaca-se tambm, por sua baixa densidade, resistncia,

facilidade no manuseio e baixo custo. Pode-se tomar como valor de referncia que 10 mm

de PU tem a mesma capacidade de isolamento que uma camada de 15 mm de EPS

(Luckmann, 1999).

3.3.3. Outros materiais isolantes - Existem vrios tipos de materiais que foram

utilizados para a propriedade de isolamento trmico ao longo dos tempos. Podem ser

citados, desde o prprio ar at os isolantes de origem mineral (Galgano et al.,2009) como

a l de vidro e a l de rocha. Os materiais de ncleo comumente utilizados e que


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apresentam o melhor desempenho trmico com um custo/benefcio interessante so o PU e

o EPS.

3.4. Materiais de Face (Revestimento)

3.4.1. Resina polister com fibra de vidro (PRFV 30%) - Painis sanduche com

faces produzidas por resina polister reforada com fibra de vidro so muito menos densos

e mais elsticos que faces produzidas com metais, e so os mais usados para veculos

comerciais (carrocerias, semi-reboques, dentre outros). Em relao a materiais compsitos,

o PRFV tem um custo relativamente menor se comparado ao reforo por fibras de carbono

ou poliamida aromtica (aramida) (DOW et al., 2006).

O material denominado como PRFV consiste em fibras alternadas de vidro

distribudas aleatoriamente ou no em uma matriz polimrica de resina polister

insaturada. O resultado desta combinao proporciona as propriedades relevantes do

termorrgido, como alta flexibilidade e resistncia ao impacto, baixa densidade e boas

propriedades de isolamento trmico, com a alta rigidez da fibra de vidro. A rigidez do

compsito cresce em funo do aumento do teor de fibra de vidro. A resina polister

insaturada obtida pela reao entre anidrido ftlico, anidrido maleico e glicol propilnico

(Mano, 1985).

3.4.2. Revestimentos metlicos (alumnio e ao galvanizado) - Faces de alumnio

ou metal galvanizado podem resistir mais a cargas pesadas, mas so mais densos que

revestimentos polimricos. Com pr-tratamento e pintura, sua resistncia ao intemperismo

e corroso aumenta. Uma vantagem deste tipo de revestimento metlico que so


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selantes hermticos, enquantosubstratos de PRFV podem sofrer ataque atravs da umidade

e de gases (DOW et al., 2006 e Alvarado et al., 2009).

Alguns estudos encontrados na literatura incluem revestimentos metlicos em

compsitos sanduche para diversas aplicaes, incluindo o campo da refrigerao, onde o

isolamento trmico ou a conservao de calor so muito importantes (Griffith et al. 1995;

Naruse et al., 2002; Tian et al., 2007).

3.5. Caractersticas de sustentabilidade

O poliuretano o material de ncleo comum a todas as propostas estudadas. Por ser

um material termorrgido apresenta dificuldades em sua reciclagem, porm j existem

mtodos de reprocessamento onde a espuma submetida a uma pirlise na qual se obtm

um novo poliol, porm, com caractersticas inferiores s anteriormente observadas.

Para os materiais de face, o PRFV um termorrgido, o que gera a necessidade de

descarte em aterro sanitrio. Para os materiais metlicos, como o ao galvanizado (AG) e o

alumnio o aspecto ambiental favorvel, visto que, ambos podem ser reprocessados

atravs de temperatura em usina.

3.6. Transferncia de Calor

a energia em trnsito devido a uma diferena de temperatura. Sempre que existir

uma diferena de temperatura em um meio ou entre meios ocorrer transferncia de calor

onde os corpos buscam o equilbrio trmico (Quites e Lia - Wikipdia, 2009). A

transferncia de calor pode ocorrer por trs mecanismos distintos, conforme segue

(Instituto Superior de Engenharia do Porto (ISEP), 2008):


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a) Conduo:passagem de calor de uma regio para outra de um mesmo corpo ou

de um corpo para outro quando estes entram em contato.

b)Radiao:emisso de energia da superfcie de um corpo sob a forma de ondas

eletromagnticas.

c) Conveco: passagem de calor de uma regio para outro de um fluido em

conseqncia do movimento relativo das partculas do mesmo.

3.7. ABNT/NBR 15457 Implemento Rodovirio Carroceria termicamente isolada

Desempenho Trmico

Esta norma especifica os requisitos de desempenho trmico para carrocerias

termicamente isoladas com ou sem unidade frigorfica, destinadas ao transporte de

produtos perecveis por via terrestre.

A classificao para uma carroceria frigorfica classe A at E, sendo que, cada

classe corresponde a uma faixa de temperatura o qual o produto perecvel pode ser

transportado. Para o transporte de produtos congelados, a classificao da carroceria deve

ser classe E, ou seja, possuir um coeficiente efetivo de isolamento trmico 0,40 W/mK

(ABNT/NBR 15457). Nesta dissertao, o desenvolvimento e caracterizao dos

compsitos sanduche tm como objetivo atender ao transporte de classificao E.


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4. MATERIAIS E MTODOS

4.1. Materiais

Foram confeccionados na Empresa Randon Implementos e Participaes S/A,

quatro diferentes tipos de compsitos sanduche. Os materiais confeccionados foram

selecionados com base em pesquisa e dados coletados ao longo do desenvolvimento de

produtos para o segmento de transporte e conservao de produtos perecveis que ocorre na

engenharia da Randon h algumas dcadas.

Os materiais que compem as quatro configuraes de compsitos foram obtidos

junto aos fornecedores e so os que seguem:

Sistema de espuma rgida de poliuretano para isolamento trmico, lote

WA1731O202 para o poliol politer, e lote VL1731O202 para o isocianato (MDI)

fornecido pela DOW Casa de Sistemas; Chapa de ao galvanizado por imerso a quente com espessura de 0,43 mm, tipo

02/ST 02, lote 251217, pr-pintado com sistema poliuretnico bi-componente de

alta resistncia ao intemperismo, atravs do processo coil coating fornecida pela

Usiminas e pintada pela Tekno;

Chapa de alumnio liga 5052 H38, com espessura de 0,70 mm, lote 0000250157,

pr-pintado com sistema poliuretnico bi-componente de alta resistncia ao

intemperismo, atravs do processo coil coating fornecida pela Novelis e pintada

pela Tekno;

Polister reforado com 30% de fibra de vidro (PRFV), na espessura de 1,9 mm,

(tipo L-1062) fornecido pela Kemlite.


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As configuraes das quatro propostas de compsitos sanduche so apresentadas

no Quadro 1.

Quadro 1:Configurao das propostas dos painis sanduche

AMOSTRARevestimento

externo (chapa)

Ncleo celular

(espuma)

Revestimento

interno (chapa)

PRFV/PU/PRFV PRFV (1,9 mm) PU (55 mm) PRFV (1,9 mm)

AG/PU/AG AG (0,43 mm) PU (55 mm) AG (0,43 mm)

Al Frisado/PU/PRFV Al Frisado (0,70 mm) PU (55 mm) PRFV (1,9 mm)

Al/PU/Al Al (0,70 mm) PU (55 mm) Al (0,70 mm)

PRFV- placa de polister com fibra de vidro; PU - espuma de poliuretano; AG - placa de ao galvanizado; Al

Frisado - placa de alumnio frisado; Al - placa de alumnio.

4.2. Equipamentos e Acessrios

4.2.1. Determinao do ndice global de transferncia de calor (U) e

condutividade trmica da espuma de poliuretano - Para a realizao do experimento

onde foram coletados os dados que permitiram a obteno do coeficiente global de

transferncia de calor (U) foram utilizados os acessrios abaixo listados. Para todas as

amostras a forma de coleta dos dados foi mantida. Notebook Toshiba;

Cmera termogrfica thermaCAM T360 (Incerteza de 2% na determinao da

temperatura);

Equipamento lasecomp (condutividade trmica de espumas);

Software de aquisio e anlise de dados CATMAN v 4.0;

Multmetro digital Fluke 87V/E2 True RMS;


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Sistema de aquisio de dados MGC HBM;

06 Termopares tipo K (Incerteza de 0,1C na determinao da temperatura);

01 Microventilador (220V, 0,07A, Marca Ventisilva);

01 Resistncia eltrica;

01 Dimer (220V, potncia 8.000W);

4.2.2. Determinao das propriedades fsico-mecnicas - Para a determinao da

densidade global, densidade de ncleo da espuma, resistncia compresso da espuma,

resistncia flexo do compsito e ensaio em nvoa salina foram utilizados os

equipamentos abaixo listados:

Equipamento de ensaio universal - marca EMIC, modelo DL 3000 (clula de carga

de 500 kg) (Incerteza de 1N na determinao da fora);

Balana analtica marca Sartorius, modelo 2842 (Incerteza de 0,001g na

determinao da massa);

Paqumetro marca Mitutoyo de 300 mm (Incerteza de 0,01mm);

Balana marca Toledo, modelo 3400 (Incerteza de 1g na determinao da massa);

Cmara de ensaio Corrotest CA-680 (ensaio de nvoa salina);

Notebook Dell;

Software de aquisio e anlise de dados CATMAN v 4.0;

Sistema de aquisio de dados Spider 8 - marca HBM;

Clula de Carga com capacidade de 100 kN - marca HBM (Incerteza de 0,00001

V/V);

Medidor de deslocamento linear LVDT (Wire Sensor) - Marca MicroEpsilon

(ensaio de flexo) (Incerteza de 0,1mm).


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Nas Figuras 5a e 5b so ilustrados respectivamente, o dispositivo usado para ensaio de

flexo e o painel sanduche j montado para o ensaio.

Figura 5 (a) Ensaio de flexo: medidor de deslocamento linear

Figura 5 (b) Ensaio de flexo: painel sanduche montado

4.2.3. Determinao das propriedades trmicas - Para a determinao das

temperaturas de degradao dos materiais polimricos que compem as amostras

analisadas (PU e PRFV), foi utilizado analisador termogravimtrico Shimadzu TGA-50.

Para a classificao da espuma rgida de poliuretano quanto inflamabilidade foi

utilizado o bico de Bunsen e um cronmetro digital.

(a) (b)


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4.2.4. Determinao da morfologia - A morfologia do material de ncleo foi

determinada no microscpio eletrnico de varredura marca PHILIPS modelo XL30. As

amostras foram fraturadas em nitrognio lquido e metalizadas com ouro em um

metalizador modelo P-S2 DIODE SPUTTERING SYSTEM. As imagens foram obtidas

com tenso de acelerao dos eltrons de 10 kV e com aumento de 25 e 40 vezes.

4.3. Mtodos

4.3.1. Preparao dos corpos de prova - Os corpos de prova foram

confeccionados em tamanho reduzido em relao s placas de compsito comerciais. As

dimenses dos compsitos utilizados nas carrocerias para transporte de alimentos variam

de 2,4 m a 2,60 m na altura e de 13,0 m a 15,0 m no comprimento. Nesta Dissertao as

dimenses dos corpos de prova para as caracterizaes propostas foram de 1,00m x 1,00m.

Para cada alternativa proposta (vide quadro 1) foram confeccionados seis corpos deprova, que foram utilizados para o ensaio de obteno do coeficiente global de

transferncia de calor (U) e determinao das propriedades fsico-mecnicas.

4.3.2. Obteno dos corpos de prova por moldagem por injeo - Os corpos de

prova foram obtidos por moldagem por injeo em uma injetora de baixa presso. Este

equipamento requer controles constantes em relao proporo na mistura e vazo dos

componentes para a formao da espuma rgida de poliuretano. Com base nos dados de

processamento, apresentados na Tabela 1, so calculados os tempos necessrios para a

injeo da espuma dos componentes poliol e isocianato para a obteno da densidade

desejada para a espuma moldada.


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Tabela 1: Parmetros para a moldagem por injeo

Componente Temperatura

(C)

Presso Injeo

(MPa)

Rotao Motor

(rpm)

Vazo Seca

(g/s)

Poliol (A) 26,6 0,386 893 182

Isocianato (B) 27,4 0,814 873 182

Para o clculo de volume da espuma rgida de poliuretano so necessrios os dados

dimensionais dos painis, bem como a densidade pretendida para a espuma moldada.

A Equao 1 apresenta o clculo para o volume de espuma rgida de poliuretano

que deve ser injetado no corpo de prova. Com base nos dados encontrados na Equao 1

obtida a massa de espuma rgida que deve ser injetada no corpo de prova, utilizando-se a

Equao 2.

( ) (Equao 1) ( ) (Equao 2)

onde,

v o volume do corpo de prova a ser preenchido com poliuretano (m)

l1 a largura do corpo de prova (m)

l2 o comprimento do corpo de prova (m)

e a espessura de poliuretano a ser injetado (m)

m a massa a ser injetada no corpo de prova (kg)

a densidade desejada para a espuma (kg/m)


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Para a moldagem por injeo em equipamento de baixa presso, o parmetro que

caracteriza o volume injetado funo do tempo de injeo. Com base nas Equaes 1 e 2

e nos dados obtidos nas avaliaes dimensionais, foram calculados os tempos de injeo

que constam na Tabela 2.

Tabela 2: Parmetros para injeo (massa versus tempo de injeo)

Amostra Altura

(m)

Largura

(m)

Espessura

(m)

Volume

(m)

Massa

(kg)

t

(s)

PRFV/PU/PRFV 0,990 0,990 0,056 0,055 2,305 12,7

AG/PU/AG 0,986 0,980 0,056 0,054 2,273 12,5

Al Frisado/PU/PRFV 0,983 0,980 0,056 0,054 2,266 12,4

Al/PU/Al 0,987 0,980 0,056 0,054 2,275 12,5

A Figura 6ilustra a forma como os corpos de prova foram obtidos e o porta-molde

utilizado na obteno dos mesmos.

Figura 6 Detalhamento da obteno do painel sanduche por injeo: (a) painel

sanduche sendo injetado e (b) painel sanduche aguardando a cura do PU

(a) (b)


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4.3.3. Microscopia eletrnica de varredura da espuma rgida de PU (MEV)

A morfologia das amostras foi obtida em um microscpio eletrnico de varredura marca

PHILIPS modelo XL30, do Laboratrio de Materiais da Universidade Federal de Santa

Catarina. As amostras foram fraturadas em nitrognio lquido e metalizadas em um

metalizador modelo P-S2 DIODE SPUTTERING SYSTEM. As imagens foram obtidas

com tenso de acelerao dos eltrons de 10 kV e com aumento de 25 e 40 vezes.

4.3.4. Anlise termogravimtrica (TGA) da espuma rgida de PU e da resina

polister (PRFV) - As anlises termogravimtricas foram realizadas em um analisador

termogravimtrico Shimadzu TGA-50, com uma taxa de aquecimento de 10 C min-1em

atmosfera de nitrognio e ar sinttico, sob um fluxo de 50 mL min -1. As anlises foram

realizadas da temperatura ambiente at 900C, sendo a massa de 10 mg.

4.3.5. Inflamabilidade da espuma - O PU foi classificado quanto

inflamabilidade, segundo norma ABNT/NBR 7358. O PU desta Dissertao recebeu

classificao R1 para os cinco corpos de prova que, segundo a norma, significa que o

material retardante chama.

4.3.6. Massa especfica aparente em espuma rgida para isolamento trmico - O

material de ncleo (PU) de cada compsito sanduche desenvolvido foi submetido

verificao da massa especfica aparente baseada na norma ABNT/NBR 11506.

4.3.7. Resistncia mecnica compresso da espuma rgida - A espuma rgida

de poliuretano do ncleo dos compsitos desenvolvidos foi submetida ao ensaio de

resistncia compresso. A determinao desta propriedade para poliuretanos celulares


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rgidos expressa pela tenso compressiva mxima que um material suporta a 10% de

deformao, ou no seu colapso em caso da fora mxima em MPa a ser atingida antes de

10% de sua deformao. O mtodo foi baseado na ABNT/NBR 8082.

4.3.8. Ensaio de nvoa salina (salt spray)- Os materiais metlicos de revestimento

utilizados (ao galvanizado e alumnio pr-pintado) foram submetidos ao ensaio em nvoa

salina segundo norma ASTM B117. Para o ensaio foram utilizadas as seguintes condies:

presso do ejetor: 0,8 kgf/cm; temperatura da cmara igual 35 C e soluo de cloreto de

sdio com 5% de concentrao peso/volume.

4.3.9. Resistncia flexo com apoio em trs pontos - O ensaio realizado para a

determinao da resistncia flexo foi do tipo trs pontos, com a adaptao de um

dispositivo desenvolvido na rea da engenharia experimental da Randon Implementos. O

corpo de prova, com dimenses aproximadas de 1,00 m x 1,00 m, foi apoiado em dois

pontos, e submetido, na parte central, flexo por um apoio de mesma dimenso da largura

do corpo de prova. Trs corpos de prova de cada compsito sanduche proposto

(PRFV/PU/PRFV, AG/PU/AG, Al Frisado/PU/PRFV e Al/PU/Al) foram ensaiados, sendo

que o resultado do ensaio corresponde mdia aritmtica das determinaes. A Figura 7

ilustra esquematicamente um exemplo de ensaio de flexo em trs pontos.

Figura 7: Esquema de um ensaio de resistncia flexo em 3 pontos


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Todos os ensaios de flexo foram realizados a uma temperatura de 23C e umidade

relativa do ar na faixa de 76%.

4.3.10. Densidade global - Aps a determinao do coeficiente global de

transferncia de calor (U), os cubos foram desmontados preservando os painis sanduche

injetados, para a determinao da densidade global. Para cada proposta foram cortados

novos corpos de prova com dimenses aproximadas de 270 mm x 300 mm para

determinao da densidade global atravs da verificao da massa especfica do compsito.

4.3.11. Obteno dos cubos (corpos de prova) para ensaio de condutncia -

Aps a moldagem por injeo e estabilizao dos compsitos sanduche propostos (72 h),

foram montados os corpos de prova na forma de cubos para a realizao do ensaio de

condutncia trmica. Com a realizao deste ensaio, obtm-se o ndice global de

transferncia de calor (U).

A Figura 8 mostra a forma como os cubos foram montados. Na unio dos seis

painis para a montagem destes corpos de prova de cada amostra foi utilizado adesivo

monocomponente poliuretnico.

Figura 8 Montagem dos corpos de prova: (a) vista interna e (b) vista externa

(a) (b)


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Todos os cubos foram montados sem a tampa, visto que antes de seu fechamento

foi necessrio o posicionamento dos termopares utilizados no experimento.

4.3.12. Clculo terico para o coeficiente global de transferncia de calor (U) -

Foram realizados clculos tericos sem levar em considerao a influncia do ar de

conveco interno e externo (h) e estes dados foram comparados com os

experimentalmente coletados, levando-se em conta a influncia do meio. Para o clculo

terico deste coeficiente foi utilizado a Equao 3 (ASHRAE, 1997).

1+

+

(Equao 3)

onde,

LMF a espessura do material de face (m)

kMF a condutividade trmica do material de face (W/mK)

LPU a espessura do poliuretano (m)

kPU a condutividade trmica do poliuretano (W/mK)

4.3.13. Montagem do experimento para a obteno do coeficiente global de

transferncia de calor (U) - A sistemtica de montagem dos corpos de prova (cubos) foi

mantida constante para cada uma das quatro configuraes de painis propostos nesta

Dissertao. Primeiramente, foram posicionados e afixados os termopares (TP1 a TP6)

conforme descrito no Quadro 2 e ilustrado na Figura 10. Aps a fixao dos termopares,

aguardou-se a estabilizao da temperatura mdia interna do corpo de prova (cubo) e

iniciou-se a coleta dos dados (corrente e voltagem) a cada 15 min, sendo este

monitoramento realizado por um perodo de 2 h. A diferena entre a temperatura mdia


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interna e a temperatura ambiente foi estabelecida em 45C. O software utilizado na coleta

de dados foi o Catman verso 4.0.

Quadro 2:Posicionamento dos termopares no corpo de prova (cubo) no ensaio para

obteno do coeficiente global de transferncia de calor

Termopar Posicionamento

TP1 Fundo Interior

TP2 Frente Inferior

TP3 Centro Interior

TP4 Parede Interior

TP5 Parede Exterior

TP6 Ambiente Externo

Figura 9 Coordenada dos termopares utilizados no ensaio para obteno do coeficiente

global de transferncia de calor

Na Figura 10 esto ilustradas as posies dos termopares internos do corpo de

prova, a resistncia, e o ventilador que auxilia na turbulncia do ar interno (ventilao

forada). As posies dos termopares foram mantidas para cada experimento.


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29

Figura 10:Posicionamento dos termopares, da resistncia eltrica e do ventilador no cubo

teste

4.3.14. Anlise termogrfica - Durante o experimento para a obteno do

parmetro U, todos os corpos de prova foram submetidos anlise por termografia.

Inicialmente a cmara termogrfica teve sua emissivilidade calibrada atravs do termopar

externo (temperatura ambiente). Aps o incio da coleta de dados (temperatura interna

equalizada), foram obtidas imagens termogrficas. Para cada imagem termogrfica foram

captados 76800 pontos e colocados em uma planilha com o uso do programa Excel para

anlise. Estas imagens termogrficas proporcionam a identificao correta da temperatura

nos diversos pontos de abrangncia da imagem, permitindo um desvio padro de 0,5C. O

equipamento termogrfico utilizado foi uma cmara ThermaCAM T360, sendo seu

princpio de funcionamento: captura a energia infravermelha (o calor) emitido pelo objeto

enquadrado pela lentes e converte esta energia, que concentrada pelas lentes em um

detector infravermelho, formado por milhares de sensores infravermelhos (pixeles), em um

sinal eletrnico. Este sinal processado de forma a mostrar a imagem trmica em um

display ou monitor de vdeo ao mesmo que calcula a temperatura de cada pixel. A

preciso de uma cmara infravermelha depende de vrios componentes como as lentes,

filtros, o detector, circuitos de leitura e tratamento de sinal e programas de linearizao e

compensao (FLIR, 2009). A Figura 11a ilustra o posicionamento de onde as imagens

(FResistncia

Ventilador

Termopar


44/81

termogrficas foram obtid

software utilizado.

Figura 11: (a) Detalha

4.3.15. Dimension

coeficiente global de tran

medidos. Os resultados est

Tabel

Dimenses P

Comprimento externo (m)

Comprimento interno (m)

Largura externa (m)

Largura interna (m)

Altura externa (m)

Altura interna (m)

Espessura Poliuretano (m)

Aint - rea interna (m)

Aext- rea externa (m)

A - rea mdia (m)

s e na Figura 11b exemplificado um resul

ento dos pontos de coleta e (b) Ilustrao d

software utilizado

mento dos cubos (corpos de prova) - Para

sferncia de calor, todos os corpos de pr

o mostrados na Tabela 3 .

a 3: Dimensionamento dos corpos de prova

FV/PU/PRFV AG/PU/AG Al Frisado/PU/P

0,990 0,986 0,983

0,860 0,865 0,870

0,990 0,980 0,980

0,870 0,860 0,870

0,980 0,980 0,980

0,860 0,860 0,872

0,056 0,056 0,056

4,472 4,455 4,548

5,841 5,786 5,774

5,156 5,120 5,161

(a)

30

tado fornecido pelo

resultado pelo

a determinao do

ova (cubos) foram

FV Al/PU/Al

0,987

0,865

0,980

0,860

0,980

0,860

0,056

4,455

5,790

5,122

(b)


45/81

31

4.3.16. Clculo para determinao do coeficiente global de transferncia de

calor - O clculo para a determinao do coeficiente global de transferncia de calor U,

foi baseado nos dados experimentais, ou seja, nas temperaturas coletadas durante o

experimento (temperaturas interna e externa do cubo e paredes) e nos dados de tenso e

corrente que resultaram na potncia dissipada para cada sistema visando a manuteno da

temperatura interna (ASHRAE, 1997; Gamage et al.,2006).

Para o clculo do coeficiente global de transferncia de calor (U) (Equao 4) foi

utilizado o coeficiente terico de transferncia de calor do ar (h), de conveco interna e

externa, a densidade e a viscosidade do ar para as temperaturas obtidas em cada sistema

estudado. No Quadro 3 esto mostradas as equaes usadas no clculo do coeficiente

global de transferncia de calor (ASHRAE, 1997).

Quadro 3: Equaes utilizadas no clculo do coeficiente global de transferncia de calor

Equao Descrio

1

+ + 1

Coeficiente global de

transferncia de calor(Equao 4)

Coeficiente de transferncia de

calor do ar externo e interno( Equao 5)

0,13 ( ), Nmero de Nusselt ( Equao 6)

Nmero de Grashof ( Equao 7)

Nmero de Prandlt ( Equao 8)

Resistncia do compsito ( Equao 9)


46/81

32

onde,

Ui o coeficiente global de transferncia de calor (W/mK)

hext o coeficiente de transferncia de calor do ar externo (W/mK)

hint o coeficiente de transferncia de calor do ar interno (W/mK)

Aext a rea externa (m)

Aint a rea interna (m)

R a resistncia do compsito sanduche (C/W)

Nu o nmero de Nusselt (sistema turbulento) -

k a condutividade trmica (W/mK)

L o comprimento dos painis (m)

Gr o nmero de Grashof -

Pr o nmero de Prandtl -

g a acelerao da gravidade (m/s )

o inverso da temperatura mdia (K- )

T a diferena da temperatura (oC)

a viscosidade (Pa.s)

a massa especfica (kg/m)

Cp o calor especfico (J/kg.K)

Q a potncia mdia dissipada no experimento (W)

Para a obteno do parmetro U, necessrio o clculo para os valores de hexte hint,

e da resistncia do compsito em avaliao. No caso dos coeficientes de transferncia de

calor por conveco natural (hexte hint), foi utilizada a Equao 5.

O nmero de Nusselt (Equao 6), considera o comportamento em regime laminar

quando o nmero de Prandtl estiver entre 104

e 108

, e uma faixa em regime turbulento


47/81

33

quando este nmero estiver entre 108e 1012. Neste experimento verificou-se que os valores

encontrados situam-se na regio de regime turbulento, faixa de 104e 108, para o clculo de

hexte hint.

Para as quatro propostas de compsitos (PRFV/PU/PRFV, AG/PU/AG, Al

Frisado/PU/Al e Al/PU/Al), os clculos utilizados para a obteno do coeficiente global de

transferncia foram baseados nas Equaes de 4 a 9.


48/81

5. RESULTADOS E DI

Neste captulo so

os quatro compsitos san

posteriormente, da avalia

5.1. Caracterizao dos

5.1.1. Poliuretano

propostas de compsitos

espessura.

a) Microscopia eletrni

micrografias da espu

distribuio homogne

onde ocorre a reteno

espuma tenha alto isola

Figura 12:Microscopia el

CUSSO

nalisados os resultados pertinentes aos mate

uche, seguido da caracterizao de cada

o dos painis compsitos, montados em for

ateriais

A espuma rgida de PU foi o material de

sanduche, onde foram mantidas constant

a de varredura (MEV) - Na Figura 12

a de PU em dois aumentos diferentes.

a de tamanho e forma, e que as clulas s

do gs isolante. Estas caractersticas so d

mento trmico.

etrnica de varredura da espuma de PU. (a)

e (b) Ampliao de 40X

(a)

34

riais que compem

ainel compsito e,

a de cubo.

ncleo de todas as

s, sua estrutura e

esto ilustradas as

Observou-se uma

do tipo fechadas,

sejveis para que a

Ampliao de 25X

(b)


49/81

b) Anlise termogravim

poliuretano, utilizada

apresentados na Figur

uma perda mssica de

degradao parcial d

observou-se resduo d

primeiro ponto de deg

degradao correspond

0

0

20

40

60

80

10 0

Massa(%)

Figura 13:Cur

atmos

trica (TGA) - As curvas de TGA e DTG d

como material de ncleo dos compsi

13 (a) e (b). Para a anlise em atmosfera

8,5% na faixa de temperatura de 324,5C e

poliuretano. Para a anlise em atmosfe

e 4,0%, caracterstico de espuma rgida

adao corresponde fase rgida (MDI) e

fase flexvel (poliol).

100 200 300 400 500 600 700 800

Temperatura (oC)

324,5oC

78,5%

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

DTG(mgmin

-1)

vas de TGA e DTG da espuma rgida de poli

era de nitrognio e (b) em atmosfera de ar si

(a

(

35

a espuma rgida de

os sanduche so

de N2observou-se

que corresponde

a de ar sinttico,

de poliuretano. O

segundo ponto de

uretano. (a) em

ttico

)

b)


50/81

36

c) Condutividade trmica, densidade e resistncia compresso - Os resultados de

densidade e condutividade trmica da espuma de poliuretano utilizada como materiais

de ncleo nas quatro propostas de compsito sanduche so apresentados na Tabela 4.

Tabela 4 -Condutividade trmica e densidade da espuma de PU dos compsitos sanduche

desenvolvidos

CompsitoCondutividade Trmica*

do PU (k) - (W/mK)

Densidade do PU

(kg/m3)

PRFV/PU/PRFV 0,023480,00045 46,31,8

AG/PU/AG 0,024580,00055 49,61,6

Al Frisado/PU/PRFV 0,024300,0010 39,83,0

Al/PU/Al 0,023330,00032 45,12,6

* Ensaios realizados pela Dow Polyurethane Systems House, Jundia-SP, Brasil

A espuma de PU apresenta seu melhor desempenho quanto ao isolamento trmico

na faixa de densidade de 38kg/m a 43kg/m, no sendo significativas as variaes at

50kg/m (Vilar, 2005). medida que aumenta a densidade, aumenta a resistncia da

espuma ao colapso de sua clula, e tambm aumenta a compactao da espuma, reduzindo

o tamanho da clula, responsvel pela reteno do gs (HCFC 141-b). Desta forma, a baixa

condutividade trmica das espumas rgidas de poliuretano resulta da sua baixa densidade e

da estrutura de clulas pequenas e fechadas, onde ocorre a reteno dos agentes de

expanso auxiliares (AEA).

A condutividade trmica final de uma espuma (k) determinada em funo de

contribuies como radiao (emisso de energia), condutividade trmica do gs e do

polmero, e densidade da espuma (Vilar, 2005).


51/81

37

Se a condutividade trmica (k) da espuma de PU for colocada graficamente em

funo da densidade da espuma, aparecer um valor mnimo para k em torno de 30 a 50

kg/m que est relacionado conduo do calor por radiao (emisso de energia) na fase

gs, e pelo esqueleto polimrico (Vilar, 2005). A radiao importante em baixas

densidades onde o nmero de janelas celulares por unidade de volume pequeno. A

contribuio da radiao diminui com o aumento do nmero de clulas fechadas por

unidade de volume em altas densidades e o k tambm decresce. Em altas densidades este

efeito contraposto pelo aumento da condutividade do PU, o que explica a elevao do k

(Vilar, 2005). A reduo do tamanho das clulas uma forma de diminuir o k, pela

reduo da radiao. A condutividade trmica do gs contribui com cerca de 40% do total

do fator k pelo isolamento trmico da espuma (Vilar, 2005).

Pode ser observado na Tabela 4, que no houve diferena significativa nos valores

da condutividade trmica das espumas de poliuretano. Os resultados de densidades so

diferentes, mesmo o clculo tendo sido realizado para obteno de uma densidade terica

na ordem de 42 kg/m. Esta diferena pode ser justificada pela provvel alterao da

viscosidade do material, bem como da temperatura dos substratos, visto que a injeo

ocorreu em dois dias distintos.

A Figura 14 ilustra os resultados de resistncia compresso e densidade para a

espuma de PU dos compsitos sanduche desenvolvidos. As propriedades mecnicas das

espumas rgidas so dependentes da densidade, estrutura celular e do processo de

fabricao. A aplicao de esforos externos deforma a estrutura celular, podendo conduzir

ao colapso das clulas (Vilar, 2005).


52/81

38

0

10

20

30

40

50

60

70

Densidade do PUResistncia compresso

DensidadedoPU(kg/m

3)

PRFV/PU/PRFV AG/PU/AG Al frisado/PU/PRFV Al/PU/Al

0,10

0,15

0,20

0,25

0,30

0,35

Res

istnciacompressodoPU

em

10%dedeformao(MPa)

Figura 14:Densidade e resistncia compresso da espuma de PU dos compsitos

sanduche desenvolvidos. A linha tracejada superior corresponde a maior densidade sem

perda de eficincia no isolamento trmico e a linha tracejada inferior corresponde a

mnima resistncia compresso para uma espuma rgida para isolamento trmico.

A resistncia compresso da espuma relevante no controle da injeo de

compsitos sanduche que so utilizados para isolamento trmico, devido principalmente

variao brusca de temperatura (at -30C) que os mesmos so submetidos. Sabe-se que o

gs responsvel pela baixa condutividade trmica da espuma de poliuretano fica retido nas

clulas desta espuma, sendo que suas paredes devem resistir dilatao e contrao do

material conforme a variao de temperatura que este material submetido. So valores

tpicos para espuma rgida de poliuretano, resistncias compresso na ordem de 0,120

0,210 MPa (Vilar, 2005).

A resistncia compresso da espuma est relacionada deformao da clula no

interior da espuma e consequente perda do gs, responsvel pelo isolamento. Valores

inferiores a 0,100 MPa prejudicam a qualidade da espuma, devido a sua resistncia ser


53/81

39

menor que a presso atmosfrica, causando a retrao da espuma e consequente reduo

das propriedades de isolamento trmico (Vilar, 2005).

Na Figura 14 foi observado que os valores tpicos encontrados para as resistncias

compresso apresentam-se dentro da faixa de 0,146 a 0,215 MPa. Estes resultados indicam

que os compostos sanduches desenvolvidos podem ser utilizados na aplicao proposta.

5.1.2. Caracterizao da resina polister com fibra de vidro (PRFV)

a) Anlise termogravimtrica (TGA) - As curvas de TGA e DTG da resina polister

reforada com fibra de vidro utilizada como material de face nos compsitos sanduche

estudados est apresentada na Figura 15. Foram observadas duas perdas mssicas, de

67,5% e 2,7% na faixa de temperatura de 379,0C e 663,3C, que correspondem

degradao da resina e de uma carga inorgnica, respectivamente. O resduo de 29,8%

corresponde fibra de vidro constituinte do material, confirmando os dados do fornecedor.

0 100 200 300 400 500 600 700 800

0

20

40

60

80

100

663,3oC

2,7%

Temperatura (oC)

M

assa(%)

379oC67,5%

-2,0

-1,5

-1,0

-0,5

0,0

0,5

DTG(mgmin-1)

Figura 15: Curvas de TGA e DTG do PRFV em Nitrognio


54/81

40

5.1.3. Caracterizao do revestimento de ao galvanizado e do revestimento do

alumnio (AG e Al)

a) Ensaio em atmosfera salina (salt spray) - O mtodo interno Randon para

caracterizao de materiais quanto resistncia em atmosfera salina (salt spray) de

456 h de exposio. Este ensaio realizado de forma comparativa entre os materiais a

serem analisados. Para os materiais de face utilizados o comportamento apresentado

comparativamente nas Figuras 16 e 17. Para a realizao do ensaio, seguido o

mtodo ASTM B117.

Figura 16: Corpos de prova com revestimento em ao galvanizado aps ensaio de nvoa

salina. (a) inicial; (b) 264 h; (c) 456 h

Figura 17: Corpos de prova com revestimento em alumnio pr-pintado aps ensaio de

nvoa salina.(a) inicial; (b) 264 h; (c) 456

(a) (b) (c)

(a) (b)

(c)

Empolamento


55/81

41

As Figuras 16 e 17 mostram que o revestimento em alumnio pr-pintado no

apresentou variao aps 456 h de exposio (valor referncia interna Randon) ao passo

que, o revestimento em ao galvanizado apresentou empolamento aps as 264 h. Esta

uma caracterstica no desejvel neste compsito, pois tpico de materiais que podero

sofrer corroso. Este item relevante, tendo em vista que estes compsitos sanduche

tero aplicao no transporte de alimentos.

Como alternativa, pode ser avaliada a possibilidade de o revestimento do produto

frigorfico ser em ao inoxidvel a fim de minimizar a probabilidade de corroso e garantir

o ambiente higienizado.

5.2. Caracterizao dos compsitos sanduche

5.2.1. Resistncia flexo - A resistncia flexo representa a tenso mxima

desenvolvida na superfcie de uma barra quando sujeita a dobramento e aplica-se aos

materiais rgidos, ou seja, aqueles que no vergam excessivamente sob ao de uma carga

(Vilar, 2005).

Para este estudo, por se tratar de compsitos sanduche que sero utilizados em

cmaras frigorficas no estacionrias, ou seja, em reboques e semirreboques frigorficos, o

esforo mecnico que os painis estaro sujeitos refere-se flexo que estes podero sofrer

em virtude das cargas em caixas armazenadas de forma estivada (solta) ou penduradas

(carcaa do animal) que se chocam livremente contra as paredes internas do produto. As

Figuras 1(b) e 1(c) apresentam este tipo de carga. As espessuras dos compsitos sanduche

encontram-se no quadro 1, pgina 17 desta dissertao.


56/81

42

A Figura 18 apresenta os valores de tenso versusdeformao para os compsitos

desenvolvidos nesta Dissertao.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0,00

0,02

0,04

0,06

0,08

0,10

0,12

0,14 PRFV/PU/PRFVAG/PU/AGAl frisado/PU/PRFVAl/PU/Al

Tenso(MPa)

Deformao (mm)

Figura 18:Curva tenso e deformao dos compsitos sanduche desenvolvidos

Para o compsito PRFV/PU/PRFV observou-se que, a uma deformao de 30 mm,

ocorreu escoamento das camadas do compsito, momento onde h a descolagem do PU

das paredes do PRFV. O compsito AG/PU/AG mostra similaridade de resultados de

flexo com o compsito Al/PU/Al. Quanto ao ponto de escoamento das camadas destes

materiais, determinado pela mesma caracterstica anteriormente observada, ou seja, a

deformao dos materiais de face. O compsito Al Frisado/PU/PRFV o que apresenta os

melhores resultados, devido provavelmente presena de colunas de ao em sua estrutura.

Para todos os compsitos sanduche estudados, a flexo foi realizada da face interna do

produto para a face externa, ou seja, a face do painel que ficaria no interior do reboque ou

do semirreboque.


57/81

43

A Figura 19 apresenta os resultados obtidos no ensaio de flexo para os compsitos

sanduche estudados.

0

10

20

30

40

50


DeformaoResistncia flexo

Deformaonop

ontodeescoamento(mm)

0,0

0,2

0,4

0,6

0,8

Resistnciaflexo(MPa)

Figura 19:Deformao e resistncia flexo dos quatro compsitos sanduche

Como o ncleo tem as mesmas caractersticas em todos os painis, as variaes nos

resultados esto relacionadas aos materiais de face, ou seja, externo espuma, e adeso

com o ncleo de poliuretano.

O compsito Al Frisado/PU/PRFV foi o que apresentou a maior resistncia flexo

e maior deformao para que ocorresse a flexo do material. Esta maior resistncia est

associada aos reforos metlicos existentes neste compsito. Os demais compsitos

apresentaram resultados aproximados para os demais parmetros nesta propriedade.

A Figura 20 ilustra o compsito sanduche Al Frisado/PU/PRFV e mostra este

compsito aps ensaio de resistncia flexo.


58/81

44

Figura 20:(a) Reforos metlicos do compsito Al Frisado/PU/PRFV e (b) Detalhe

aps teste de resistncia flexo

A Figura 21 mostra o comportamento do compsito sanduche PRFV/PU/PRFV

aps o ensaio de resistncia flexo, onde verificada a quebra da camada de espuma que

se une s faces da resina polister reforada com fibra de vidro (PRFV).

Figura 21: (a) e (b) Painel PRFV/PU/PRFV posterior ao ensaio de flexo

No ensaio de resistncia flexo, o compsito AG/PU/AG foi o que apresentou o

menor desempenho. Este comportamento se deve basicamente a deformao do

revestimento de ao galvanizado. A Figura 22 mostra o comportamento do compsito

sanduche AG/PU/AG aps o ensaio de resistncia flexo.

(a) (b)

Refor o metlico

(a) (b)


59/81

45

Figura 22:(a) Deformao do revestimento em ao galvanizado; (b) Detalhe da

deformao

O compsito Al/PU/Al apresentou um comportamento semelhante ao compsito

com o material de face em ao galvanizado. Neste compsito a resistncia flexo reflete

tambm a resistncia do poliuretano. A Figura 23 mostra o comportamento do compsito

sanduche aps o ensaio de resistncia flexo.

Figura 23: (a) e(b) Detalhe da deformao do compsito Al/PU/Al

De uma forma geral, a energia de deformao menor no ao galvanizado e no

alumnio o que facilita o processo de conformao mecnica proporcionando maior

liberdade de projeto. Para o compsito onde o material de face o PRFV esta liberdade de

projeto fica comprometida devido alta rigidez do material. Para o compsito Al

(a) (b)


60/81

46

frisado/PU/PRFV a energia para deformao maior devido principalmente aos reforos

metlicos internos.

Observou-se que a resistncia flexo est diretamente ligada deformao da

espuma rgida de poliuretano, visto que as camadas externas se deformam e posteriormente

as paredes das clulas acabam rompendo.

5.2.2. Densidade global, peso/m e custo - Os compsitos sanduche foram

caracterizados pela sua densidade aparente. A expresso densidade aparente usada para

os materiais celulares, devido a sua densidade ser calculada com o volume do material

expandido e no somente o volume do polmero slido. Para efeitos de anlise de custos

importante o peso/m, o que proporciona o clculo de custos destes materiais.

Na Figura 24 so apresentados os resultados referentes densidade global, ao peso/m

e o custo/m dos compsitos sanduche desenvolvidos.

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

220

CustoDensidadePeso

Custo(R$/m2)

Dens

idade(kg/m3)

0

10

20

30

40

50

60

70


Peso(kg/m

2

)

Figura 24:Caractersticas dos painis propostos quanto ao custo, peso e densidade


61/81

47

O compsito AG/PU/AG o que apresenta o menor custo/m e a segunda maior

densidade global, sendo inferior somente ao compsito Al Frisado/PU/PRFV que possuem

reforos metlicos na regio dos rebites. Na avaliao de densidade, o material com o

melhor resultado o PRFV/PU/PRFV, porm o seu custo/m o dobro que do compsito

AG/PU/AG. Na construo de um semirreboque utilizam-se aproximadamente 115 m de

painel sanduche, podendo variar conforme seu comprimento. Desta forma, o compsito

Al Frisado/PU/PRFV foi descartado.

5.3. Caracterizao dos cubos teste

5.3.1. Coeficiente global de transferncia de calor - O coeficiente global de

transferncia de calor (U) dos compsitos sanduche propostos, montados como cubos para

simular um reboque, foi calculado utilizando-se as equaes mostradas no Quadro 3 com

dados obtidos durante os experimentos, como temperatura externa e interna do cubo,

corrente e voltagem. Para a avaliao do coeficiente global de transferncia de calor dos

painis propostos, programou-se uma variao entre a temperatura interna e externa na

ordem de 45C, ou seja, havendo reduo nesta variao a resistncia era ligada. Os

valores mdios coletados encontram-se na tabela 5.

Foi realizado tambm o clculo terico para efeito de comparao. A Figura 25

mostra os valores encontrados para as diferentes propostas e os compara com o coeficiente

de isolamento trmico (k) encontrado para o material de ncleo (PU).


62/81

48

Tabela 5:Parmetros coletados no experimento

CompsitoTemperatura

Externa (C)

Temperatura

Interna (C)

Diferena de

Temperatura

(C)

Potncia

(W)

PRFV/PU/PRFV 23,6 0,5 72,2 1,0 48,8 55

AG/PU/AG 22,3 1,2 64,6 0,6 42,4 73

Al Frisado/PU/PRFV 28,1 0,7 68,3 0,3 40,1 81

Al/PU/Al 27,1 1,5 66,6 0,4 39,6 101

PRFV/PU/PRFV AG/PU/AG Al frisado/PU/PRFV Al/PU/Al0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5Condutividade trmica do PUCoeficiente global de transferncia de calor experimentalCoeficiente global de transferncia de calor terico

Condutividadetrmicado

PU(W/mK)

Coeficienteglobaldetransfernc

iadecalor(W/m

2K

)

Figura 25: Coeficiente global de transferncia de calor terico e experimental para os

compsitos propostos e coeficiente de isolamento trmico para a espuma de PU. A linha

tracejada corresponde ao valor mximo estabelecido na norma ABNT NBR 15457.


63/81

49

Todos os compsitos propostos apresentaram coeficiente global de transferncia de

calor abaixo do li

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composito sanduiche