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Joana Matos Viana

Desenvolvimento de materiais paraisolamento térmico com base em biomimética

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Universidade do MinhoEscola de Engenharia

julho de 2015

Dissertação de MestradoMestrado Internacional emSustentabilidade do Ambiente Construído

Trabalho efectuado sob a orientação doProfessor Doutor Raul Manuel Esteves de SousaFangueiro

Joana Matos Viana

Desenvolvimento de materiais paraisolamento térmico com base em biomimética

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Desenvolvimento de materiais para isolamento térmico com base em biomimética

i

“(…) a vida é pequena demais para perdermos tempo a gastar energias em algo

que não envolva amor”

In ‘Prometo falhar’, de Pedro Chagas Freitas

Em memória da pessoa que sempre me transmitia força,

confiança e autoestima, o meu querido avó Francisco Matos


ii


iii

AGRADECIMENTOS

Após a conclusão da presente dissertação, pretendo manifestar os meus agradecimentos a todos

aqueles cuja contribuição foi indispensável para a sua realização.

Ao Professor Doutor Raul Fangueiro, agradeço reconhecidamente, pelo seu aconselhamento,

orientação, disponibilidade e acompanhamento durante a realização deste trabalho.

Ao Doutor Raul Machado, investigador no Departamento de Biologia na Universidade do Minho

em Campos de Gualtar, pela sua disponibilidade e auxílio em pesquisas acerca de técnicas de

sobrevivência naturais.

Aos técnicos do Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil

da Universidade do Minho, mais especificamente ao Engenheiro Carlos Jesus, por todo auxílio

dispensado, assim como, aconselhamento e acampamento ao longo de todos os ensaios . Aos

técnicos do Laboratório de Estruturas e do Laboratório de Vias de Comunicação, pela

disponibilização de materiais, assim como, pelo excelente acolhimento, simpatia e confiança

depositada. Agradeço ainda, aos engenheiros pertencentes ao grupo FIBRENAMICS,

nomeadamente à Mara Fernandes pelo design das estruturas e por toda a força e ânimo

transmitida; ao José Sampaio e à Raquel Carvalho pela sua distinta prontidão em ajudar e ao

Carlos Mota, pelos equipamentos e materiais disponibilizados.

Ao meu namorado Nelson, obrigada por toda a ajuda, dedicação, carinho, ânimo, força, coragem,

paciência, presença e principalmente pela compreensão, numa fase mais complicada. Aos meus

pais, obrigado por toda a dedicação, amor e incentivo, ao longo de todo o meu percurso

académico. Aos primos e avós, por todo o carinho e orgulho demonstrado. Aos meus amigos

Elisabete, Gustavo, Ilda, Luís São João, Patrícia Pinheiro, Patrícia Pereira e Marcelo, por toda a

atenção, auxilio, companheirismo, compreensão e amizade, com quem travei momentos

inesquecíveis. Agradeço também, às minhas amigas de longa data, Célia, Diana e Liliana, pelo

apoio e compreensão nesta fase.

Pretendo ainda agradecer à minha entidade patronal, ao Engenheiro Pedro Bogas, pela compreensão

e flexibilidade e ainda às minhas colegas e amigas Raquel, Vera, Carla e Natália por todo o apoio.


iv


v

RESUMO

As mudanças climáticas são a principal ameaça ambiental do século XXI, com consequências

ambientais, sociais e económicas de elevada dimensão. Esta preocupação em diminuir as emissões

de gases responsáveis pelo visível aquecimento global, a somar à recente crise em que alguns países

se encontram, em relação ao sector da construção, apresenta a reabilitação de edifícios como uma

alternativa viável para o sector. Esta área surge como uma notável solução em melhorar o

comportamento térmico dos edifícios, assim como uma excelente forma para que sejam atingidos

valores ótimos de eficiência energética e sustentabilidade nos mesmos. No âmbito da reabilitação

térmica de edifícios, torna-se fundamental o recurso a ideias e técnicas naturais passivas, que

conduzam a uma maior sustentabilidade. Para tal, a biomimética parece ser uma boa aproximação

para a resolução destes problemas, uma vez que possui um vasto leque de soluções de design

sintetizadas por seleção natural com aplicação técnica posterior em projetos otimizados.

Neste contexto, o objetivo principal da presente dissertação, passa pelo desenvolvimento de uma

solução com base num sistema fibroso com função de isolamento térmico, a aplicar na reabilitação

de edifícios, baseado em soluções biomiméticas. Posto isto, analisaram-se diversas soluções aplicadas

pela natureza para alcançar estas funcionalidades e mimetizar materiais e estruturas no sentido de

garantir uma performance semelhante. De entre os vários casos analisados, selecionou-se o cato do

deserto, pela sua capacidade em se proteger da elevada radiação solar, através das suas pregas e

nervuras que lhe conferem a habilidade de refletir calor e lhe promovem a possibilidade de gerar áreas

de sombra, à custa da sua superfície reduzida. Com base nesta ideia natural, desenvolvendo-se um

modelo físico para ensaio baseado numa estrutura em lâminas, considerando-se diversas variáveis

incluindo (tipo de material, ângulos de orientação de lâminas e direção de incidência de radiação). O

comportamento de cada sistema foi analisado a partir dos resultados registados por termopares e por

máquina termográfica.

Os resultados obtidos revelaram-se positivos, por parte do revestimento em fibra de juta com estrutura

em lâminas de 15 de abertura. Este facto permite concluir que, a estrutura biomimética considerada

é uma boa solução construtiva, baseando-se em técnicas naturais, usando preferencialmente materiais

sustentáveis e ainda contribuindo para a redução do consumo energético, assim como, para o aumento

do conforto térmico em edifícios.

Palavras-Chave: Biomimética; Reabilitação; Fibras; Desempenho térmico


vi


vii

ABSTRACT

The climate changes are the main environmental threat of the 21st century, with environmental, social

and economic consequences of high dimension. This concern for reducing gas emissions responsible

for visible global warming, in addition to the recent crisis in which some countries are, in relation to

the construction sector, presents the rehabilitation of buildings as a viable alternative to the sector.

This area appears as a remarkable solution to improve the thermal performance of buildings, as well

as an excellent way to achieve optimal values of energy efficiency and sustainability in the same. In

the context of thermal rehabilitation of buildings, it is important to use the ideas and natural passive

techniques, which lead to greater sustainability. Therefore, biomimetic seems to be a good approach

for the resolution of these problems, since it has a wide range of design solutions synthesized by

natural selection with technical implementation later in optimized projects.

In this context, the main goal of this thesis is the development of a solution based on a fibrous system

with thermal insulation function, to apply in buildings rehabilitation as biomimetic based-solutions.

Having said that, we analyzed various solutions applied by nature to achieve these features and mimic

materials and structures to ensure a similar performance. From among the various cases examined, it

as been selected the cactus of the wilderness, by its ability to protect itself against the high solar

radiation, through its folds and ribs that give the ability to reflect heat and to promote the possibility

to generate shadow areas, at the expense of its reduced surface area. On the basis of this idea,

developing a physical model for the test based on a structure in blades, considering several variables

including (material types, blades angles orientation and radiation direction of incidence). The

behavior of each system was analyzed from the results recorded by thermocouples and by the

thermography machine.

The results proved to be positive, on the part of the jute fiber covering structure with 15 opening

blades. This fact allows us to conclude that, the biomimetic structure is considered a good constructive

solution, based on natural techniques, using preferably sustainable materials and also contributing to

the reduction of energy consumption, as well as to the increase of thermal comfort in buildings.

Key Words: Biomimicry; Rehabilitation; Fibers; Thermal Performance


viii


ix

ÍNDICE

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÂO ......................................................................................................... 1

1.1 Enquadramento ........................................................................................................................... 1

1.2 Objetivos .................................................................................................................................... 2

1.3 Metodologia adotada .................................................................................................................. 2

1.4 Estrutura do trabalho .................................................................................................................. 4

CAPÍTULO 2 – ESTADO DE ARTE ................................................................................................. 6

2.1 Biomimética ............................................................................................................................... 6

2.1.1 Origem do Conceito ................................................................................................................ 6

2.1.2 Conceito e objetivos ................................................................................................................ 7

2.1.3 Caraterísticas e Vantagens ....................................................................................................... 9

2.1.4 Princípios e Metodologias de aplicação ................................................................................ 11

2.1.5 Limitações presentes na biomimética.................................................................................... 13

2.2 Engenharia dos Materiais ......................................................................................................... 15

2.3 Arquitetura................................................................................................................................ 19

2.4 Engenharia Civil e Energias Renováveis ................................................................................. 20

2.5 Padrões de conforto da sociedade ............................................................................................ 23

2.5.1. Conforto térmico e acústico ................................................................................................. 25

2.6 Adaptação/Aclimatização ......................................................................................................... 27

2.7 Comportamento Térmico ......................................................................................................... 28

2.7.1 Convecção ............................................................................................................................. 29

2.7.2 Radiação ................................................................................................................................ 29

2.7.3 Condução ............................................................................................................................... 31

2.7.3.1 Condutividade térmica (K) ................................................................................................. 31

2.7.3.2 Difusividade térmica () .................................................................................................... 32


x

2.7.3.3 Capacidade calorífica (C) ................................................................................................... 33

2.8 Materiais compósitos ................................................................................................................ 34

2.8.1 Definição e composição ........................................................................................................ 34

2.8.2 Classificação de um compósito ............................................................................................. 35

2.8.3 Compósitos poliméricos ........................................................................................................ 36

2.8.4 Interface fibra/matriz ............................................................................................................. 38

2.8.5 Fibras naturais e suas aplicações ........................................................................................... 39

CAPÍTULO 3 – IDENTIFICAÇÃO DE MODELOS NATURAIS COM SISTEMAS DE

ISOLAMENTO (CONDIÇÕES EXTREMAS)................................................................................. 43

3.1 Adaptações dos seres vivos (modelos naturais) ....................................................................... 43

3.2 Modelos naturais de estudo ...................................................................................................... 67

3.2.1 Catos versus ambientes desérticos ........................................................................................ 67

3.2.1.1 Classificação científica ....................................................................................................... 70

3.2.1.2 Descrição anatómica/ adaptações ao meio envolvente ....................................................... 70

3.2.1.2 Estudos/dados empíricos .................................................................................................... 74

3.2.2 Pinguins versus sobrevivência na Antártida .......................................................................... 77




3.2.3 Caracol do deserto ................................................................................................................. 88



3.2.3.3 Simetria helicoidal .............................................................................................................. 95


CAPÍTULO 4 – DSENVOLVIMENTO DE ESTRUTURAS BIOMIMÉTICAS COM BASE EM

MATERIAIS FIBROSOS ................................................................................................................ 101

4.1 Seleção do caso de estudo ...................................................................................................... 101

4.1.1 Breve justificação do caso de estudo selecionado ............................................................... 101


xi

4.1.2 Descrição geral do estudo proposto..................................................................................... 101

4.2 Modelo físico laboratorial ...................................................................................................... 103

4.2.1 Seleção e execução da parede padrão e definição da fonte de calor ................................... 103

4.2.2 Elaboração das placas utilizadas na montagem do sistema ................................................. 106

4.2.2.1 Placas em Chapa Zincada ................................................................................................. 106

4.2.2.2 Placas em material compósito com fibra de juta .............................................................. 108

4.2.3 Aplicação e fixação dos revestimentos ............................................................................... 112

4.2.4 Seleção dos métodos experimentais .................................................................................... 112

4.2.4.1 Termopares ....................................................................................................................... 112

4.2.4.2 Câmara termográfica ........................................................................................................ 116

CAPÍTULO 5 – AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA SOLUÇÃO BIOMIMÉTICA………..118

5.1 Análise e Discussão dos Resultados ....................................................................................... 118

5.1.1 Termopares .......................................................................................................................... 119

5.1.1.1 Resultados Obtidos ........................................................................................................... 119

5.1.1.2 Análise de resultados ........................................................................................................ 132

5.1.2 Câmara termográfica ........................................................................................................... 140

CAPÍTULO 6 – CONCLUSÕES ..................................................................................................... 151

6.1 Conclusão geral ...................................................................................................................... 151

6.2 Previsão de estudos futuros .................................................................................................... 153

REFERÊNCIAS ............................................................................................................................... 155


xii


xiii

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Bio - inspiração ................................................................................................................... 6

Figura 2 - Biónica ................................................................................................................................ 8

Figura 3 – Adaptação do modelo espiral do design ........................................................................... 11

Figura 4 - Princípios da biomimética ................................................................................................. 13

Figura 5 - Fibras de vidro ................................................................................................................... 15

Figura 6 - Fibras de colagénio ............................................................................................................ 16

Figura 7 - Concha de abalone ............................................................................................................ 16

Figura 8 - Mexilhões "colados" em rochas ........................................................................................ 17

Figura 9 - Filamentos de teia da aranha ............................................................................................. 17

Figura 10 - Efeito lótus ...................................................................................................................... 18

Figura 11 - Plástico auto-regenerador ................................................................................................ 19

Figura 12 - Edifício de Eastgate Center em Harare no Zimbabué ..................................................... 19

Figura 13 - Barbatanas da baleia jubarte/Turbinas eólicas ................................................................ 21

Figura 14 - Pulmões humanos versos sequestro de CO2 .................................................................... 21

Figura 15 - Sistema de camadas extremas do urso polar ................................................................... 22

Figura 16 - Pavilhão do urso polar ..................................................................................................... 23

Figura 17 - Isolamento em parede dupla ............................................................................................ 24

Figura 18 - Conforto térmico ............................................................................................................. 26

Figura 19 – Aclimatização ................................................................................................................. 28

Figura 20- Mecanismos de transferências de calor ............................................................................ 29

Figura 21 – Representação das faixas do espectro eletromagnético .................................................. 30

Figura 22 – Radiação registada pelo sensor de imagem térmica (Emissão, Reflexão e Transmissão)

............................................................................................................................................................ 31

Figura 23 - Isolamento de paredes ..................................................................................................... 34


xiv

Figura 24 – Ilustração de um material compósito .............................................................................. 35

Figura 25 – Classificação de compósitos ........................................................................................... 35

Figura 26 - Origem dos materiais compósitos ................................................................................... 36

Figura 27 - Classificação dos compósitos .......................................................................................... 36

Figura 28 - Tipos de materiais compósitos ........................................................................................ 40

Figura 29 – a) Planta de juta, b) Extração da planta de juta e c) Juta já extraída da planta ............... 41

Figura 30 - Quadro-resumo acerca das fibras naturais ...................................................................... 42

Figura 31 – Faisão-australiano (Leipoa ocellata) .............................................................................. 44

Figura 32 - Ninho de aves .................................................................................................................. 45

Figura 33 - Numbat (Myrmecobius fasciatus) ................................................................................... 45

Figura 34 – Golfinhos ........................................................................................................................ 46

Figura 35 – Planta com termostato interno ........................................................................................ 47

Figura 36 - Besouro-hércules ............................................................................................................. 47

Figura 37 – Renas polares .................................................................................................................. 48

Figura 38 – Carneiro merino .............................................................................................................. 49

Figura 39 - Famílias de pinguins ....................................................................................................... 49

Figura 40 - Pinguim imperador .......................................................................................................... 50

Figura 41 - Pinguim-de-adélia ........................................................................................................... 51

Figura 42 - Formiga de madeira do sul .............................................................................................. 52

Figura 43 – Inclinação dos ninhos ..................................................................................................... 52

Figura 44 – Vasos sanguíneos das orelhas dos coelhos ..................................................................... 53

Figura 45 - Raposa-do-deserto ou feneco .......................................................................................... 53

Figura 46 - Raposa-do-ártico ............................................................................................................. 54

Figura 47 - Catos globulares no desfiladeiro do rio Virgin no noroeste de Arizona ......................... 55

Figura 48 - Incidência solar nos catos ................................................................................................ 55

Figura 49 - Análise térmica: a) estrutura sem proteção; b) estruturas com nervuras; c) estrutura com

espinhos .............................................................................................................................................. 56


xv

Figura 50 – Euphorbia ....................................................................................................................... 57

Figura 51 - Árvore do quiver ............................................................................................................. 57

Figura 52 - Árvore do quiver ............................................................................................................. 58

Figura 53 - Gazela-de-thomson ......................................................................................................... 58

Figura 54 – Vidoeiro .......................................................................................................................... 59

Figura 55 – Caracol do deserto .......................................................................................................... 60

Figura 56 – Cactáceas ........................................................................................................................ 68

Figura 57 - Saguaro (Carnegiea gigantea) ........................................................................................ 70

Figura 58 – Aréolas, espinhos e pelos/ramificações .......................................................................... 71

Figura 59 – Córtex ............................................................................................................................. 72

Figura 60 – Córtex ............................................................................................................................. 72

Figura 61 - Raízes superficiais dos catos saguaro .............................................................................. 73

Figura 62 - Cristas desenvolvidas em catos saguaro.......................................................................... 73

Figura 63 – Localização dos dois parques estudados ........................................................................ 75

Figura 64 - Incidência solar ............................................................................................................... 76

Figura 65 – Ficha-resumo das características do pinguim imperador ............................................... 81

Figura 66 – Estrutura das penas do pinguim imperador .................................................................... 82

Figura 67 – Distribuição das penas do pinguim imperador ............................................................... 83

Figura 68 - Adaptação da plumagem saudável de um pinguim ......................................................... 83

Figura 69 - Adaptação das falhas de plumagem de um pinguim ....................................................... 84

Figura 70 – Amontoamento de pinguins ............................................................................................ 85

Figura 71 – Adaptação das imagens térmicas dos pinguins imperadores .......................................... 86

Figura 72 – Diversidade de moluscos ................................................................................................ 89

Figura 73 – Adaptação de uma concha retorcida no sentido horário ................................................. 90

Figura 74 – Corpo do caracol ............................................................................................................. 91

Figura 75 – Sphincterochila prophetarum ......................................................................................... 93

Figura 76 - Sphincterochila boissieri ................................................................................................. 93


xvi

Figura 77 - Exemplo de um epiphragm (Helix pomatia) ................................................................... 94

Figura 78 – Principio biológico do caracol no deserto ...................................................................... 95

Figura 79 - Exemplos de conchas univalves ...................................................................................... 95

Figura 80 – Modelo matemático da espiral do caracol ...................................................................... 96

Figura 81 - Modelo matemático da espiral do caracol ....................................................................... 97

Figura 82 – Representação geométrica da proporção áurea .............................................................. 97

Figura 83 – Protótipo baseado na forma do caramujo ..................................................................... 100

Figura 84 – Esquema da solução implementada .............................................................................. 100

Figura 85 – Ilustração de um exemplo de cato ................................................................................ 102

Figura 86 – Ilustração das nervuras dos catos.................................................................................. 102

Figura 87 – Ilustração de um sistema com estrutura de lâminas ..................................................... 103

Figura 88 - Representação esquemática da parede modelo referida ................................................ 104

Figura 89 - Composição da argamassa utilizada .............................................................................. 104

Figura 90 - Representação dos lados exterior e interior da parede em questão ............................... 104

Figura 91 – Execução/montagem da parede padrão ........................................................................ 105

Figura 92 – Componente de auto expansão: Soudafoam 1K B3 ..................................................... 105

Figura 93 – Fonte de calor ............................................................................................................... 106

Figura 94 - Fita adesiva Silver Tape ................................................................................................ 107

Figura 95 - Sika® Aktivator-205 ..................................................................................................... 107

Figura 96 – União entre placas através de fita adesiva .................................................................... 108

Figura 97 – Sistema com estrutura de lâminas de aço com possibilidade de variar o ângulo entre si

.......................................................................................................................................................... 108

Figura 98 – Resina SUPER SAP CLR/CLF-CLS ............................................................................ 109

Figura 99 – Tecido de “Juta 12 onças” ............................................................................................ 110

Figura 100 – Desmoldante Hi-Low Paste Wax: 1000P ................................................................... 110

Figura 101 – Impregnação de fibras ................................................................................................ 111

Figura 102 - Cura do compósito ...................................................................................................... 111


xvii

Figura 103 – Material compósito com estrutura de lâminas ............................................................ 112

Figura 104 - NI cDAQ-9174 conectado com o computador ............................................................ 113

Figura 105 - LabVIEW System Design Software 2012 .................................................................... 113

Figura 106 – Termopar tipo K ......................................................................................................... 114

Figura 107 - NI cDAQ-9174 ............................................................................................................ 114

Figura 108 - Betume à base de resina de poliéster e catalisador ...................................................... 115

Figura 109 - Fixação dos sensores referentes à temperatura ambiente e à fonte de calor ............... 115

Figura 110 – Fixação dos sensores na parede interior e exterior ..................................................... 115

Figura 111 - Fixação dos sensores no revestimento em chapa zincada e em material compósito de

fibras de juta ..................................................................................................................................... 116

Figura 112 - Fixação dos sensores no revestimento em chapa zincada e em material compósito de

fibras de juta ..................................................................................................................................... 116

Figura 113 – Máquina termográfica: Testo 876 ............................................................................... 117

Figura 114 – Resultados do ensaio relativo à parede padrão com incidência de calor a 0 (A0) ... 120

Figura 115 – Resultados do ensaio relativo ao revestimento em chapa zincada lisa (0) com fonte de

calor a 0 (B0).................................................................................................................................. 120

Figura 116 – Resultados dos ensaios referentes ao revestimento em chapa zincada a 15 com fonte de

calor a 0 (C0).................................................................................................................................. 121

Figura 117 - Resultados referentes revestimento em chapa zincada a 45 com fonte de calor a 0 (D0)

.......................................................................................................................................................... 122

Figura 118 - Resultados referentes ao revestimento em fibra lisa (0) com fonte de calor a 0 (E0)

.......................................................................................................................................................... 123

Figura 119 - Resultados correspondente ao revestimento em fibra a 15 com fonte de calor a 0 (F0)

.......................................................................................................................................................... 124

Figura 120 - Resultados referentes ao revestimento em fibra a 45 com fonte de calor a 0 (G0) . 125

Figura 121 - Resultados referentes à parede padrão com fonte de calor a 45 (A45) ...................... 126

Figura 122 - Resultados referente ao revestimento em chapa zincada lisa (0) com fonte de calor a

45 (B45) .......................................................................................................................................... 127


xviii

Figura 123 - Resultados referentes ao revestimento em chapa zincada a 15 com fonte de calor a 45

(C45) ................................................................................................................................................. 128

Figura 124 – Resultados referentes ao revestimento em chapa zincada a 45 com fonte de calor a 45

(D45) ................................................................................................................................................ 129

Figura 125 – Resultados referentes ao Revestimento em fibra lisa (0) com fonte de calor a 45 (E45)

.......................................................................................................................................................... 130

Figura 126 – Resultados referentes ao revestimento em fibra a 15 com fonte de calor a 45 (F45)

.......................................................................................................................................................... 131

Figura 127 – Resultados referentes ao revestimento em fibra a 45 com fonte de calor a 45 (G45)

.......................................................................................................................................................... 132

Figura 128 - Tempo de estabilização em horas c/ fonte de calor frontal ......................................... 133

Figura 129 - Percentagem de dissipação de calor c/ fonte de calor frontal ..................................... 134

Figura 130 - Aumento de temperatura na face interior da parede c/ fonte de calor frontal ............. 135

Figura 131 - Tempo de estabilização em horas c/ fonte de calor inclinada ..................................... 136

Figura 132 - Percentagem de dissipação de calor c/ fonte de calor inclinada ................................. 137

Figura 133 - Aumento de temperatura na face interior da parede c/ fonte de calor inclinada ......... 138

Figura 134 - Termograma da parede padrão na face exterior e interior .......................................... 140

Figura 135 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada lisa e da face interior da parede

correspondente ................................................................................................................................. 141

Figura 136 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada com estrutura de 15° e da face

interior da parede correspondente .................................................................................................... 142



Figura 138 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso e da face interior da

parede correspondente ...................................................................................................................... 143

Figura 139 - Termograma do revestimento exterior em material compósito com estrutura de 15° e da

face interior da parede correspondente ............................................................................................ 144

Figura 140 - Termograma do revestimento exterior em material compósito com estrutura de 45° e da

face interior da parede correspondente ............................................................................................ 144


xix

Figura 141 - Termograma da parede padrão na face exterior e interior .......................................... 145

Figura 142 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada lisa e da face interior da parede

correspondente ................................................................................................................................. 146





Figura 145 - Termograma do revestimento exterior material compósito liso e da face interior da

parede correspondente ...................................................................................................................... 148

Figura 146 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso com estrutura de 15°

e da face interior da parede correspondente ..................................................................................... 148

Figura 147 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso com estrutura de 45°

e da face interior da parede correspondente ..................................................................................... 149


xx


xxi

ÍNDICE DE QUADRO

Quadro 1 - Identificação de isolamentos térmicos ............................................................................. 32

Quadro 2 - Polímeros termoplásticos versus termoendurecíveis ....................................................... 37

Quadro 3 - Características dos seres-vivos apresentados ................................................................... 60

Quadro 4 - Classificação científica dos catos saguaro ....................................................................... 70

Quadro 5 - Classificação científica do pinguim imperador ............................................................... 79

Quadro 6 - Classificação científica da espécie Sphincterochila prophetarum .................................. 92

Quadro 7 - Classificação científica da espécie Sphincterochila boissieri ......................................... 92

Quadro 8 – Características da chapa zincada ................................................................................... 106

Quadro 9 - Propriedades de compósito de juta ................................................................................ 111

Quadro 10 - Ensaios realizados ........................................................................................................ 118


xxii


1

CAPÍTULO 1 - INTRODUÇÂO

1.1 Enquadramento

As alterações climáticas e o aquecimento global são cada vez mais uma ameaça atual, sendo o

setor da construção um dos principais responsáveis por esta problemática global. A mesma,

reflete-se assim, em impactos económicos, sociais e ambientais, em que, as tendências atuais

comprovam potenciais pontos de rutura, na capacidade dos ecossistemas prestarem os seus

serviços essenciais.

Estas constantes alterações do ambiente devem-se ao progressivo consumo de energia, aliado à

utilização crescente de tecnologias de climatização.

Face a esta problemática, diversos países estão a aplicar medidas a fim de reduzirem os

principais focos responsáveis pelas emissões poluentes, nomeadamente, regulamentação das

normas na eficiência energética e de emissão de gases, programas de promoção ao investimento

na sustentabilidade, assim como, impostos sobre o carbono ou energia (CM-Matosinhos, 2012).

Esta preocupante situação não se trata apenas de uma questão ambiental, mas sim também de

uma questão social, em que se verifica uma crescente necessidade de conforto térmico, por

parte dos utilizadores de edifícios. Isto significa que, a primeira medida atrás referida, decorre

principalmente do baixo nível de conforto oferecido pela maioria dos edifícios, do aumento das

exigências de conforto por parte dos utilizadores das habitações e do aumento da sua capacidade

económica.

Neste contexto, pode referir-se que as normas de conforto da sociedade têm evoluído

simultaneamente com a crescente necessidade de eficiência energética e redução de consumo

de energia. No decorrer desta preocupação, várias estratégias têm sido implementadas no setor

de construção até aos dias de hoje, destacando-se como essencial a reabilitação de edifícios

existentes com aplicação de técnicas construtivas eficientes e amigas do ambiente. Assim, de

modo a atingir-se o conforto desejado sem comprometer o ambiente natural envolvente, pode,


2

por exemplo, reabilitar-se termicamente envidraçados (isolamento térmico e redução de

infiltrações de ar não controlado) e acusticamente (caixilharia metálica com vidro duplo e

colocação de material absorvente sonoro na caixa de ar) e aplicar materiais de isolamento

térmico (em fachadas, pavimentos e coberturas) e acústico (em pavimentos e coberturas).

No âmbito da reabilitação térmica de edifícios, torna-se fundamental recorrer-se a ideias e

técnicas naturais passivas, que conduzam a uma maior sustentabilidade.

Face à anunciada carência de sustentabilidade atual, o Homem tem necessidade de olhar para a

natureza, perceber como esta trabalha e imitá-la no desenvolvimento de novas tecnologias e

soluções sustentáveis mimetizadas pela natureza. Esta necessidade explica-se pelo simples fato

de que a natureza aprendeu, ao longo da sua existência, a produzir estruturas multifuncionais e

eficientes, o que a torna certamente o melhor engenheiro de produção, funcionando como um

ótimo instrutor para engenheiros e cientistas (Malshe et al., 2013).

1.2 Objetivos

Apesar do Homem usufruir de numerosos conhecimentos acerca de técnicas naturais, este ainda

não tem um domínio total sobre a natureza, pelo que a mesma se apresenta superior ao

conhecimento tecnológico, no que se refere à quantia abundante de estruturas com parâmetros

otimizados. Neste sentido, o Ser Humano ainda tem um longo caminho a percorrer, até igualar

as suas tecnologias científicas às chamadas técnicas naturais que a Natureza possui. Este estudo

pretende ser um contributo nesse sentido.

Seguindo esta linha introdutória, pode justificar-se o presente trabalho, apontando como

objetivo principal o desenvolvimento de uma solução para reabilitação de edifícios com base

em materiais fibrosos a partir de conceitos biomiméticos. Assim, pretende-se estudar a forma

como diversos seres vivos respondem à variação térmica do seu habitat a partir da sua estrutura

física, tentando mimetizar essa mesma numa outra fibrosa com bom desempenho térmico.

1.3 Metodologia adotada

Como referido anteriormente, com o presente trabalho pretende-se desenvolver uma solução

com bom desempenho térmico, a partir de materiais fibrosos com base em conceitos


3

biomiméticos. Para tal, a metodologia a levada a cabo no âmbito deste trabalho seguiu os

princípios da metodologia da biomimética incluindo:

i. Delimitação do âmbito – Numa primeira fase, efetuou-se a revisão bibliográfica do

estado da arte no domínio da biomimética. Esta análise bibliográfica incluiu a origem,

definição, princípios, vantagens e limitações do conceito, assim como, a sua

aplicabilidade no desenvolvimento de soluções de engenharia (construções, materiais e

energias) e ainda a abordagem de conceitos relacionados.

ii. Descoberta de modelos naturais - Com base em estudos decorrentes da análise e

observação da natureza e das suas capacidades é apresentada, nesta fase, uma análise

extensiva dos vários recursos adotados pela mesma, assim como, são sugeridos

possíveis aplicações dos mesmos em diversas áreas. É ainda apresentada uma seleção e

respetiva justificação, de três seres naturais que recorrem apenas a soluções sustentáveis

para sobrevivência. Para uma maior facilidade na identificação de tais sistemas contou-

se, nesta fase, com a colaboração do Departamento de Biologia da Universidade do

Minho.

iii. Criação novas soluções – Nesta terceira fase foram definidas estratégicas para a

obtenção de uma solução com bom desempenho térmico, a partir de materiais fibrosos

com base em ideias naturais. Para tal, foi selecionado o caso de estudo (catos do

deserto), assim como, foi definido o planeamento experimental, com determinação dos

materiais (compósito em fibra de juta combinada com matriz epóxida e chapa zincada)

e equipamentos necessários (termopares e máquina termográfica). Foram também

previstos os ensaios a realizar, por intermédio dos equipamentos selecionados. Ainda

nesta fase, é apresentada a criação da estrutura de lâminas com diferentes inclinações e

materiais.

iv. Avaliação da eficiência das soluções criadas – Na presente fase, analisou-se o

desempenho térmico da solução criada, tendo por base o comportamento do sistema

biológico mimetizado. Por fim, foi efetuada uma análise crítica do estudo realizado,

bem como, são apresentadas sugestões de possíveis trabalhos futuros, por forma a

complementar outros já existentes.


4

1.4 Estrutura do trabalho

De forma a alcançar os objetivos estipulados e para uma melhor organização do trabalho,

adotou-se a metodologia referida no ponto anterior, a qual resultou na disposição de 6 capítulos

que constituem o presente documento.

No capítulo 1 apresenta-se o enquadramento com a identificação do problema, seguindo-se os

objetivos estipulados e ainda a metodologia e a estrutura do trabalho.

No capítulo 2 é apresentada uma revisão bibliográfica de trabalhos de investigação no âmbito,

da ciência biomimética, assim como, são abordados todos os conceitos teóricos associados à

realização deste trabalho, incluindo a origem da biomimética, os seus princípios e

características, as suas vantagens e limitações e ainda a suas aplicações. São também referidos,

os padrões de conforto da sociedade (conforto térmico e acústico), os mecanismos de

transferências de calor e ainda a distinção entre conceito de adaptação e aclimatização. Por fim,

é ainda abordado o tema referente aos materiais compósitos.

No capítulo 3 é apresentada uma análise extensiva dos vários recursos adotados pela natureza,

assim como, são sugeridos possíveis aplicações dos mesmos em soluções de materiais nas

diversas áreas. É ainda apresentada uma seleção e respetiva justificação, de três seres naturais

que recorrem apenas a soluções sustentáveis para sobrevivência.

No capítulo 4 é efetuada uma descrição detalhada da metodologia experimental proposta, onde

é exposto todo o desenvolvimento dos materiais sugeridos. Apresenta-se assim, a descrição

detalhada dos materiais, métodos e equipamentos utilizados, assim como, do desenvolvimento

do material compósito reforçado com fibra natural e da solução biomimética considerada

(sistema com estrutura de lâminas).

No capítulo 5 é realizada a avaliação do desempenho da solução e materiais propostos, por

intermédio da análise e interpretação dos resultados obtidos em cada ensaio. São ainda descritos

os ensaios realizados, assim como, apresentados os resultados obtidos pelos mesmos e as

possíveis justificações.


5

Finalmente, no capítulo 6, abordam-se as principais conclusões retiradas pelo trabalho

desenvolvido e ainda são sugeridos alguns trabalhos futuros, de forma a complementar

trabalhos já existentes.


6

CAPÍTULO 2 – ESTADO DE ARTE

2.1 Biomimética

Quando observamos o que é verdadeiramente sustentável, verificamos que o mundo natural é

o único modelo real que realmente trabalhou durante longos períodos de tempo (Benyus, 2009).

2.1.1 Origem do Conceito

“Depois de 3.8 Biliões de anos de investigação e desenvolvimento, as falhas são fósseis e o que

nos rodeia é o segredo para sobreviver” (Agenda Sustentável, 2009).

“Os seres humanos sempre olharam à sua volta e aprenderam com as criaturas em torno

deles” (Bessi, 2013). Assim, biomimetismo é um conceito com raízes profundas no

conhecimento humano, pelo que este tem acompanhado, desde cedo, a evolução humana. As

formas encontradas na natureza, ao longo dos anos, oferecem uma fonte rica em ideias a ser

aplicadas em diversas áreas de estudo (Figura 1).

Figura 1 - Bio - inspiração (Nova Escola, 2012)

Considerar a natureza como fonte de inspiração justifica-se facilmente pela capacidade da

natureza em sobreviver ao longo de milhares de anos através da sua constante adaptação às

condições do seu meio, recorrendo a recursos naturais de forma tão eficaz e eficiente. Posto

isto, vários estudos têm sido realizados com o intuito de compreender melhor este fenómeno,

de forma a encontrar a metodologia mais adequada a gozar ao máximo das suas caraterísticas

potenciais.


7

Sendo considerado um dos pioneiros e das mais importantes contribuições para a criação deste

mesmo conceito, Thompson (1945) afirma que grande parte dos desenvolvimentos científicos

devem-se principalmente à observação da Natureza e aos seus contributos (Salgado, 2013).

Em 1957, Otto Schmitt, um engenheiro biomédico na Universidade de Minnesota e inventor

norte-americano, trabalhou em dispositivos cuja inspiração parte da natureza e é desenvolvido

no campo da biofísica (Salgado, 2013). Em 1961, a biologia é considerada, no trabalho

“Synectics” de Gordon, como uma fantástica fonte para imitação por parte do ser humano em

conseguir satisfazer as suas necessidades. Em 1969, num dos seus trabalhos de investigação

apresentados em congressos acerca da Biofísica, Schmitt, usa pela primeira vez o termo

"biomimética", descrevendo-a como a transferência de ideias da biologia para a tecnologia. Em

1958, Jack E. Steele, pesquisador americano ligado a indústria aeronáutica, cunhou um termo

similar chamado "biónica", definindo-o como a ciência que conjuga a biologia e a eletrónica.

Contudo, só em 1997, aquando do lançamento do livro “ Biomimicry – Innovation Inspired On

Nature” da escritora norte-americana, Janine Benyus, o biomimetismo é promovido como um

forte potencial de imitação no desenvolvimento de diversas áreas de estudo (Benyus, 1997).

Neste contexto, Janine Benyus chega mesmo a referir que: “Biomimética não é um estilo de

construção, nem um produto de design identificável. É, antes, um processo que permite

encontrar soluções de design através de um organismo local de um ecossistema que é o

campeão nessa função” (Benyus, 1997).

2.1.2 Conceito e objetivos

Os seres vivos conseguiram, desde cedo, transformar os recursos disponibilizados pela

Natureza em habitats sustentáveis, com estabilidade térmica e sem impactos negativos no ciclo

de vida do seu meio. Neste sentido, os seres vivos têm criado condições agradáveis para a sua

sobrevivência sem recorrer a combustíveis fósseis não comprometendo, desta forma, o seu

futuro (Benyus, 1997).

“Durante os seus 3.8 biliões de anos de existência, a Natureza conseguiu desenvolver-se,

adaptar-se, evoluir, sobrevivendo assim ao longo dos tempos. Esta possui um conjunto

diversificado de formas, estruturas, sistemas, padrões e até cores, que funcionam e coexistem


8

em harmonia, que podem servir de orientação para resolução de problemas. A esta inovação

dá-se o nome de biomimética, uma disciplina que pretende utilizar a vida (“bios”) como fonte

de imitação (“mimesis”) para desenvolver/reformular de forma sustentável os produtos e

objetos em todo o seu ciclo de vida atuais” (Fernandes, 2013). Em 2006, Waht afirma que

biónica e biomimetismo apresentam abordagens distintas referentes ao “design e natureza”

(Santos, 2009).

Apesar da ideia central ser naturalmente a Natureza, é de salientar a importância da distinção

entre biomimética e biónica (Barbos, 2008). Num passado próximo, ambas as terminologias

significaram a mesma coisa (derivada da palavra biotécnica), contudo, hoje em dia são

disciplinas bastante diferentes, cujo fundamento remete para a mesma base. Enquanto a

biomimética tenta imitar da melhor forma a Natureza, a biónica recria-se através da eletrónica,

como é o caso da recriação de membros artificiais (Figura 2) para os seres humanos e animais

(Fernandes, 2013). Pode assim apontar-se, o design, a arquitetura, a química, as engenharias e

a computação como algumas das áreas que atualmente detêm interesse no estudo desta última

(Barbos, 2008).

Figura 2 - Biónica (Júnior, 2012)

Agora sejamos claros. São Inúmeros os objetos biomiméticos que fazem parte do quotidiano

sem que nos apercebamos e não há forma de separar o Homem da cultura material, nem essa

poderá ser a solução para o problema. No entanto, existe uma forma de tornar essa cultura

material mais sustentável, pensando no presente e no futuro do meio ambiente. Para tal é

fundamental recorrer à biomimética, com intuído de satisfazer as necessidades diárias do ser

humano, sem comprometer o futuro do meio envolvente (Fernandes, 2013).

Assim, é ainda de salientar que o biomimetismo se apresenta como a “Terceira Grande

Revolução Humana”. Esta mesma afirmação surge no decorrer da conferência de imprensa pelo


9

espanhol Jorge Wagensberg, a investigadora norte-americana Janine Benyus, impulsionadora

do Biomimetismo, e o empresário belga Gunter Pauli, fundador da empresa Zero Emissions

Research and Initiatives, com sede no Japão. Wagensberg chega mesmo a referir que, estas

investigações são apenas possíveis graças à nanotecnologia, que proporciona imagens precisas

e vitais para os cientistas. Assim, e de acordo com a sua opinião, esta nova forma inspiradora

baseada na natureza e na sua adaptação, pode mesmo significar o início da uma terceira

revolução humana (Wagensberg et al., 2008).

Deste modo, pode então considerar-se biomimetismo, como um potencial da Natureza,

facilmente ao alcance do Homem e da sua criatividade, que permite aproximar as ciências

criadas pelo Homem à Natureza, utilizando-a como uma importante fonte de inovação. A

mesma, trata-se de identificar as aplicações que a natureza desenvolveu ao longo de milhões de

anos e que podem ser agora utilizados pelo Homem, de modo a tornar o planeta mais sustentável

e saudável.

2.1.3 Caraterísticas e Vantagens

A Natureza sempre foi vista como uma fonte de inspiração para o Homem, no entanto, face à

sua diversidade e abundância de mecanismos e capacidades exclusivas, a mesma nem sempre

tem sido totalmente compreendia e aproveitada. Com evolução da humanidade, esta tem vindo

cada vez mais a aproximar-se da Natureza, nunca descartando a importância da mesma para a

vida na terra. Assim, são várias as vantagens em usufruir da ciência biomimética, graças às

características presentes no mundo natural.

Deste modo, são várias a investigações realizadas neste sentido, pelo que se destacam, em

seguida, algumas das caraterísticas vantajosas na observação de ideais da Natureza:

Os organismos biológicos são eficientes na utilização dos recursos naturais, dado que

usam o mínimo para a sua sobrevivência (Salgado, 2013).

O biomimetismo e todos os conceitos associados ao mesmo, são considerados grandes

fontes de criatividade e inovação para o Homem (Salgado, 2013).


10

Os sistemas biológicos têm a capacidade de se adaptar a processos, como a evolução e

a autorregulação, funcionando com ciclos de feedback (Salgado, 2013).

Os princípios de design, por parte dos seres vivos, estão relacionados com as

propriedades dos materiais, princípios físicos e eficiência energética, ao contrário do

Homem, cujos seus projetos estão voltados maioritariamente para a estética (Salgado,

2013).

Capacidade de automontagem e grande precisão nos processos de produção biológicos,

sendo bem mais eficientes que os processos de produção criados pelo Homem, apesar

de exigirem níveis de energia e materiais mínimos (Salgado, 2013).

Os seres vivos respeitam o ecossistema em que habitam, compreendendo deste modo a

importância da manutenção desse habitat para a continuidade das suas espécies

(Benyus, 1997).

Os sistemas naturais apresentam elevada tolerância, sendo capazes de funcionar num

intervalo vasto de condições, quando comparados com os sistemas criados pelo Homem

(Salgado, 2013).

Sistemas naturais tem a capacidade de produzir os seus materiais à temperatura

ambiente e à pressão atmosférica, estando as suas estruturas aptas a realizarem vastas

tarefas (Salgado, 2013).

Os sistemas naturais são caracterizados por uma rede de interações que permitem alcançar um

equilíbrio entre todos os intervenientes e desta forma satisfazer as necessidades de cada um sem

afetar o funcionamento do sistema, permitindo assim a sua continuidade. Trata-se de uma

característica essencial que permite o seguimento e progresso dos mesmos sistemas, através de

uma abordagem direcionada para o seu equilíbrio.

Neste sentido, é correto afirmar que a Natureza é produto de milénios de evolução e

aperfeiçoamento que permitem a existência de um número ilimitado de soluções inovadoras e

eficientes.


11

2.1.4 Princípios e Metodologias de aplicação

Biomimética é uma ciência que apesar de recente, se destaca pelo seu elevado potencial em ser

guia na evolução, contudo o seu crescente sucesso está intrinsecamente relacionado e

dependente de metodologias/processos de aplicação desenvolvidos.

Atualmente existem diversos métodos abordados, no sentido de auxiliar e guiar, em direção de

uma gradual inovação. De entre as várias abordagens referidas por célebres investigadores,

destaca-se o processo de inovação nesta área, designado por espiral do design (Figura 3),

desenvolvido por Janine Benyus e Dayna Baumeister (Biomimicry 3.8, n.d.b).

Figura 3 – Adaptação do modelo espiral do design (Biomimicry 3.8, n.d.b)

Este processo de inovação tem por base quatro princípios fundamentais, nomeadamente:

delimitação do âmbito, descoberta, criação e avaliação.

Neste sentido, considera-se a delimitação do âmbito a primeira etapa a desenvolver, tratando-

se a mesma da definição de um contexto, em que são identificados as necessidades ou

problemas a ser solucionados, tendo por base a integração dos princípios da vida. Assim, são

agrupadas todas as especificações referentes ao problema, desde intervenientes até onde será

aplicada a solução.

A descoberta de modelos naturais, recorrendo à observação da natureza e das suas capacidades,

permite a definição de estratégias baseadas em ideias naturais. Trata-se de analisar a natureza e


12

encontrar resposta a uma importante questão “Como a Natureza soluciona ou não este

problema?” (Fangueiro, 2009).

Após a compreensão da Natureza e dos fenómenos a si associados, pode-se dar asas à

criatividade, com a criação de ideias geniais a serem implementadas como princípios de design.

Assim sendo, a chamada criação passa por determinar soluções estratégias ou princípios que

permitam a resolução dos problemas em questão.

De modo a testar a viabilidade dos princípios determinados, é aplicado numa última etapa, os

conhecimentos adquiridos, sendo posteriormente avaliados, de forma a comparar a solução com

o modelo da Natureza, identificando novos campos de exploração para futuras questões a

resolver.

Seguindo estas etapas, é possível prever um conjunto de técnicas inovadoras baseadas em

conceitos naturais, tornando possível a conceção de novos produtos ligados a áreas da

engenharia, arquitetura e materiais.

Após décadas de estudos desenvolvidos na área, as ecologias tem compreendido as semelhanças

entre os vários sistemas interligados e como diz Janine Benyus, “existem duas formas de fazer

biomimética. Uma passa por partir de um desafio de design e explorar um modelo biológico

capaz de realizar a função desejada e a outra trata-se de observar um fenômeno interessante

do mundo natural e analisar aplicações para ele” (John, 2014).

Ao longo seu livro sobre biomimetismo, a investigadora norte-americana aborda a importância

de estratégias e princípios da Natureza, destacando uma cânone de leis naturais (Figura 4) das

quais o Homem pode tirar partido.


13

Figura 4 - Princípios da biomimética (Biomimicry 3.8, n.d.c)

“Os Princípios da vida são lições de design na Natureza” (Biomimicry 3.8, n.d.c).

Tendo por base a ideia fundamental de que a vida na Terra está interligada e interdependente e

submetida a um mesmo conjunto de condições para o correto funcionamento, a vida evoluiu

num integrado de estratégias que sustentaram mais de 3.8 Bilhões de anos. Assim, estes

princípios representam esses mesmos padrões encontrados entre as espécies, de forma a

sobreviver e prosperar na Terra. A vida tem a importante função de integrar e otimizar as

estratégias, criando condições propícias à vida na Terra e ao aprender com estas lições de

design, podemos modelar estratégias inovadoras orientadas pelo génio da Natureza, usando os

princípios da vida como ideais fundamentais (Biomimicry 3.8, n.d.c).

2.1.5 Limitações presentes na biomimética

Com o passar dos anos o Homem tem aprendido muito com a natureza e suas características,

pelo que foi criando estratégias para as poder implantar em produtos artificiais. Ainda assim,

apesar das estratégias de design disponíveis no momento, este conceito de design ainda é um

grande desafio a ser explorado.

Sendo, os processos de projeto de engenharia, arquitetura, materiais e ciências naturais,

distintos pela sua complexidade e de maneira a evitar uma relação superficial entre os mesmos,

é crucial ressaltar algumas das limitações presentes nestas abordagens.

Adaptação às alterações de

condições

Estar em harminia e sintonia com o

espaço

Uso favorável da quimica

Ser eficiente no uso de recursos

(Materiais e Energia)

Integrar o desenvolvimento

e crescimento

Evoluir para sobreviver


14

Uma das limitações passa pela seleção de uma metodologia de projeto sistemática, capaz de

identificar estratégias e mecanismos relevantes. Assim, definição de um método de estudo único

funcionará como uma ferramenta fundamental para a concretização de estratégias abordadas.

Neste sentido, a determinação de uma metodologia auxilia na observação da Natureza,

permitindo a identificação de analogias da biologia, que possuem um peso significativo para os

designers interessados em aplicá-las. Para tal, é fundamental uma linguagem próxima do

ambiente natural, permitindo ao Homem compreender melhor a natureza, de modo a produzir

uma imitação mais eficiente e eficaz.

Apesar da evidente evolução de tecnologias, ainda hoje se verifica uma lacuna no que se refere

à informação disponível, tecnologias e pessoal especializado na área, capaz de desempenhar

um papel tão eficiente como a Natureza.

Neste contexto, destaca-se o estudo de Nagel e Stone (2009), que apontam para a grande

distância entre a engenharia e a biologia, designada por “desfiladeiro” (Salgado, 2013). Esta

distância levanta obstáculos no seguimento do biomimetismo, pelo que exige ao investigador

um maior esforço e tempo disponibilizado, no sentido de compreender melhor este fenómeno

e de definir a forma mais eficaz de os aplicar. Para além da distância, um dos grandes dilemas

passa pela restrição de materiais e tecnologias disponíveis, quando comparadas com a gama

empregada pela Natureza.

Deste modo, “Aprender como um organismo se mantém quente ou como ele reticula os

resíduos é muitas das vezes a parte mais fácil, uma vez que isto tem sido feito pelo biólogo, no

entanto, torna-se difícil de implementar integralmente estas estratégias quando se está restrito

às capacidades tecnológicas contemporâneas” (Rankouhi, 2012).

Assim, pode mesmo afirmar-se que “um tal panorama mostra até que ponto o exponencial

crescimento tecnológico da civilização humana, está longe de conseguir replicar a perfeição

dos sistemas naturais, sendo que nunca como agora estivemos tão perto de perceber as

vantagens intrínsecas dos mesmos” (Torgal & Jalali, 2011).


15

Atualmente, existe um grande interesse na conceção de novos materiais que imitam as

propriedades e características particulares da Natureza, pelo que a teoria do biomimetismo e o

design bio-inspirado, geram conceitos de sistema naturais e apresentam um forte potencial na

criação de novos tipos de materiais sustentáveis.

Neste sentido, evidenciam-se seguidamente, alguns exemplos mais relevantes, pertencentes a

áreas importantes no estudo pretendido no âmbito deste trabalho.

2.2 Engenharia dos Materiais

Grande parte dos materiais existentes na natureza baseiam-se em compostos que resultam da

combinação de duas ou mais substâncias para formar uma nova, esta com propriedades

superiores aos componentes originários.

Introduzido como uma nova tecnologia no Séc.XX, os materiais compósitos vulgarmente

confundidos por fibra de vidro (Figura 5), são frequentemente usado em cascos de barcos e

materiais de desporto, assim como, em arcos e flechas. Este composto possui características

interessantes no campo da aplicação em materiais, tais como leveza, resistência e flexibilidade.

Figura 5 - Fibras de vidro (Fibrenamics, n.d.c)

Recentemente cientistas questionaram o motivo pela qual a pele do crocodilo é tão resistente à

perfuração por flechas, facas e, por vezes, balas. Num estudo de investigação, revelou-se que a

propriedade responsável por tal fenómeno é o colagénio, presente nos tecidos do crocodilo que

confere uma maior resistência aos mesmos. Harun Yahya refere mesmo que, a presença desta

substância nos humanos e animais desenvolve a resistência da sua pele, intestinos, cartilagens,

tendões e ossos (Yahya, 2006).


16

Este é também o caso das baleias e golfinhos, cujo seu revestimento de gordura é constituído

por uma mistura complexa de fibras de colagénio (Figura 6).

Figura 6 - Fibras de colagénio (Funcional Fisico & Estética, 2011)

Outro exemplo interessante referido por este mesmo investigador, são os tendões (compostos

naturais), que ligam os músculos aos ossos, possuindo uma estrutura rija e firme graças às fibras

de colagénio que os geram.

Pode então verificar-se que, nos dias de hoje, a tecnologia usada nos cabos de aço de pontes

suspensas tem por inspiração base as estruturas naturais dos tendões presentes no corpo humano

(Yahya, 2006).

O caso como o da concha de abalone (Figura 7), permite ao Homem produzir um compósito

com resistência superior à dos cristais de carbonato de cálcio simples, presentes nas diversas

camadas da concha. Esta inovação permite assim, o desenvolvimento de materiais compósitos

mais amigos do ambiente (Torgal & Jalali, 2011).

Figura 7 - Concha de abalone (Torgal & Jalali, 2011)


17

Um outro caso, trata-se de certos mexilhões (Figura 8) que conseguem produzir uma cola

natural, com elevada aderência as rochas submersas e cuja eficácia é superior as sintéticas. Esta

superioridade deve-se ao facto, das colas sintéticas apresentarem elevadas taxas de matérias

tóxicas, pelo que trabalhadores em contato com estes produtos exibem elevados sintomas de

desenvolvimento de alergias e cancro (Torgal & Jalali, 2011).

Figura 8 - Mexilhões "colados" em rochas (Américo, 2011)

Já o caso dos filamentos de teia da aranha (Figura 9) é algo surpreendente, pois até ao momento,

é um dos materiais mais resistentes que se conhece. Assim, pode referir-se que este filamento

é cinco vezes mais resistente que um aço para a mesma espessura, apresentando ainda as

vantagens de ser surpreendentemente leve, resistente, elástico e impermeável à água. Estas

mesmas características são verificadas individualmente em outros materiais, no entanto, estão

simultaneamente presentes nos filamentos da teia de aranha (Martins, 2012).

Figura 9 - Filamentos de teia da aranha (John, 2010)

Para além da aranha, existem igualmente os bichos-da-seda que em muito contribuíram para a

criação de fibras extrudidas (não-naturais) que, embora decorrentes de um processo diferente,

a teoria por detrás da tecnologia é semelhante à das fibras de carbono (Pellegrino, 2001).


18

Este material serve então como base na criação de importantes materiais para a sociedade

(Martins, 2012).

A capacidade de autolimpeza é outra das muitas características encontradas nos sistemas

naturais, para a qual contribui em grande medida a sua microestrutura. Este é o caso da folha

da flor de lótus (Figura 10) que tem inspirado o Homem no desenvolvimento de materiais com

capacidade de autolimpeza, tais como tintas que repelem água e não se sujam. Assim, esta flor

tem dado lições importantes acerca da implementação do efeito de lótus. Neste sentido, Cassar

e Pepe, em 1997, patentearam um bloco para o pavimento com este efeito, porém o mesmo só

veio a ser aplicado anos mais tarde na igreja “Dives in Misericórdia”, em Roma (Torgal &

Jalali, 2011).

Figura 10 - Efeito lótus (Menzel, 2012)

Como último exemplo, realça-se a auto-reparação de plástico que poderá eventualmente reduzir

a quantidade de lixo.

Kunihiko Takeda, um investigador japonês, desenvolveu um plástico que tem a capacidade de

se auto-regenerar, passando a ideia de ser um “plástico com vida própria”. Assim, Takeda

chama a sua criação de “auto-reparador” e refere ainda que, quando alguém cria algo a ideia

base passa pela intenção de que este não se venha a quebrar. Isto é, tal como os seres vivos que

são capazes de se curar quando feridos, graças a mecanismos de proteção naturais, a sua ideia

foi desenvolver um material não vivo que poderia reparar-se como um ser vivo. Deste modo, o

plástico (Figura 11) tem uma duração de vida média de cinco anos, enquanto que o plástico


19

criado não se degradará por 20 ou 30 anos. Com isto, Takeda espera que a sua criação, em

muito, contribua para a redução de plásticos desperdiçados (Nipponia, 2002).

Figura 11 - Plástico auto-regenerador (Nipponia, 2002)

2.3 Arquitetura

S. Arslan e A. G. Sorguc referem que “as estruturas naturais são uma grande fonte de

inspiração para muitos arquitetos e engenheiros pois, para além de eficientes, leves e rígidas,

possuem grande capacidade de suporte de forças internas e externas de uma forma otimizada”

(Arslan & Sorguc, 2004). Neste sentido, segue-se um caso que evidencia claramente a

proximidade existente entre a biologia e a arquitetura.

Projetado por Mick Pearce, em pareceria com engenheiros da Arup Associates, o edifício de

Eastgate Center, em Harare, no Zimbabué (Figura 12), é considerado atualmente um dos

principais edifícios sustentáveis (Fangueiro, 2009).

Figura 12 - Edifício de Eastgate Center em Harare no Zimbabué (Biomimicry 3.8, n.d.a)


20

Este edifício no Zimbabué apresenta uma estrutura de ventilação semelhante a uma espécie

designada por cupins (macrotermes). Apesar de não possuir um sistema de climatização, graças

a esta particularidade de construção, o edifício consegue manter a temperatura interna adequada

as necessidades dos utilizadores. Assim como as térmitas conseguem manter a temperatura dos

seus ninhos, independentemente da temperatura externa, com a incorporação deste sistema

pretende-se manter a temperatura em níveis confortáveis, sem recorrer a sistemas ativos de

climatização. Com base neste conhecimento foi possível criar um sistema, cujo calor gerado,

ao longo do dia, por equipamentos e pessoas é absorvido e mais tarde dissipado através de

canais incorporados na estrutura do edifício. Trata-se assim, de um processo contínuo até que

as temperaturas ideais para o dia seguinte sejam atingidas (Fangueiro, 2009).

Para além de um sistema de ventilação sustentável, Eastgate Center utiliza 90 por cento menos

de energia, quando comparado com um edifício convencional equivalente, pelo que a sua

implementação proporcionou uma economia de 3,5 milhões de dólares em custos com sistemas

ativos de climatização (Fangueiro, 2009).

2.4 Engenharia Civil e Energias Renováveis

A inspiração que a natureza providenciava no passado, era simplesmente utilizada no design

decorativo da arquitetura, diferindo da atualidade, cuja inspiração é utilizada em novos sistemas

estruturais. Hoje em dia, já é possível aproximar as estruturas de engenharia às estruturas

biológicas, pelo que serão apresentados neste estudo, alguns casos que comprovam isso mesmo.

Com intuito de aumentar a eficiência de turbinas eólicas, uma empresa chamada WhalePower,

baseia-se nas caraterísticas das barbatanas da baleia jubarte (Figura 13), que lhe conferem uma

elevada destreza nos seus movimentos, mesmo a velocidades e ângulos apertados. Assim, ao

contrário do esperado, está nas barbatanas das baleias, a resposta fundamental para a criação de

turbinas eólicas mais eficientes e menos barulhentas. É ainda de salientar, a título de exemplo,

que esta tecnologia em muito tem contribuído para o aumento da segurança de transportes

aéreos, como é o caso dos aviões (Biomimicry 3.8, n.d.a).


21

Figura 13 - Barbatanas da baleia jubarte/Turbinas eólicas (Biomimicry 3.8, n.d.a)

O mecanismo de funcionamento dos pulmões humanos (Figura 14) tem sido alvo de estudo, de

modo a ser implantado no desenvolvimento de uma tecnologia que sequestra CO2 e reduz a

principal causa do aquecimento global do planeta. Neste sentido, a companhia Carbozyme Inc.

desenvolveu um filtro com as mesmas propriedades da membrana dos pulmões, conseguindo

remover até 90% do CO2 que circula na área industrial. É de evidenciar que, existe ainda uma

outra tecnologia baseada numa enzima carbónica presente nos músculos, que transforma o gás

carbônico em pedra calcária, sendo esta muito requerida na área da construção (Biomimicry

3.8, n.d.a).

Figura 14 - Pulmões humanos versos sequestro de CO2 (Biomimicry 3.8, n.d.a)

Ao reproduzir o padrão dos movimentos de peixes, como o atum e o tubarão, a companhia

BioStream aumentou significativamente a eficácia no aproveitamento da energia das marés.

Apesar de se localizar no fundo dos oceanos, os equipamentos giram de acordo com o

movimento natural das marés, produzindo assim a eletricidade. Para além disso, é importante

referir que o seu formato aerodinâmico, inspirado igualmente em peixes, permite um maior

controlo das condições a que está sujeito.


22

Desde há algum tempo que se vem a verificar o aumento da escassez dos recursos fósseis, pelo

que o desenvolvimento de novos sistemas recorrendo a fontes de energia naturais, como os

raios solares, é considerado essencial no seguimento do princípio de sustentabilidade. No

decorrer desta necessidade, Thomas Stegmaier, investigador do ITV Denkendorf (Alemanha),

tem vindo a desenvolver diversos estudos que se apoiam em ideais naturais, entre os quais se

destaca a construção de um pavilhão no ITV Denkendorf, baseado no caso do urso polar, cuja

constituição lhe confere a capacidade em distribuir a luz solar de forma eficaz, agindo como

um excelente isolante térmico. Isto porque, na sua constituição (Figura 15), o urso polar possui

uma camada de pelo esbranquiçado e denso que o protege do frio ártico e transfere a luz

proveniente dos raios solares, sobre a sua pele. Por baixo do denso pêlo existe uma camada de

pele negra que lhe confere a capacidade de absorção do calor do sol. Uma vez adaptado a

absorver calor, o urso polar também é capaz de não deixar o frio entrar no seu organismo. Por

debaixo desta pele, o urso polar possui uma camada adiposa. O tecido adiposo é especializado

no armazenamento de gordura, protegendo os mamíferos contra choques mecânicos, contra o

frio e ainda servindo como uma boa reserva de energia. Assim, esta camada de gordura age

como ótimo isolante térmico, mantendo a temperatura do corpo em níveis confortáveis para o

bom desempenho metabólico diário (Stegmaier et al., 2009).

Figura 15 - Sistema de camadas extremas do urso polar (Mangile, 2013)

Baseado nesta magnífica estrutura, Thomas Stegmaier e a sua equipa de investigadores

desenvolveram então, o Pavilhão do Urso Polar (Figura 16), como sendo um protótipo de uma

estrutura de membrana fibrosa, que permite ao sistema conservar grande parte da energia


23

captada, aquecendo o edifício de forma sustentável, diminuindo consequentemente o consumo

de energia em habitações (Stegmaier et al., 2009).

Figura 16 - Pavilhão do urso polar (Stegmaier et al., 2014)

Em suma, os diversos exemplos referenciados demonstram que o biomimetismo oferece um

amplo reportório de inovações a aplicar pelo Homem. Com aplicação do mesmo pode construir-

se edifícios mais confortáveis, baseado nos ninhos das térmitas, que regulam a temperatura,

fluxo de ar e humidade; edifícios mais sustentáveis com a implementação de luzes eficientes,

sustentados em mecanismos de produção de luz fria com perda energética quase nula, por parte

de insetos com bioluminescência; e até mesmo edifícios mais seguros, com a produção de

detetores de incêndios fundamentados na capacidade do escaravelho em detetar a radiação

ultravioleta produzida pelo incêndio; entre muitos outros (Santos, 2009).

2.5 Padrões de conforto da sociedade

Atualmente, verifica-se que os padrões de conforto da sociedade têm evoluído simultaneamente

com a crescente necessidade de eficiência energética e redução do consumo de energia. Para

tal, várias estratégias têm sido implementadas no setor de construção até aos dias de hoje,

destacando-se como fundamental a reabilitação de edifícios existentes com aplicação de

técnicas construtivas eficientes e amigas do ambiente. Nesta linha de pensamento, o alcance do

conforto sustentável desejado a nível térmico, poderá passar pela introdução de tecnologias

solares passivas com equipamentos de climatização eficientes e equipamentos de aquecimento

provenientes de fontes renováveis (coletores solares térmicos), reabilitação térmica de vãos

envidraçados (isolamento térmico e redução de infiltrações de ar não controlado), reabilitação

energética das instalações (melhoria da eficiência dos sistemas e equipamentos energéticos) e

ainda pela aplicação de materiais de isolamento na sua envolvente (fachadas, pavimentos e


24

coberturas). A título de exemplo, encontra-se representado na Figura 17, várias camadas

constituintes de uma parede dupla.

Figura 17 - Isolamento em parede dupla (Oliveira, 2011)

Do ponto de vista térmico, a combinação destas medidas permite obter maior eficácia na

intervenção, com uma significativa melhoria da qualidade aos edifícios, possibilitando também

a redução de necessidades energéticas e o aumento do conforto interior.

Atualmente existe no mercado uma grande variedade de isolantes térmicos com diferentes

formas de aplicação e podendo ser classificados quanto ao modo de produção, estrutura,

apresentação ou natureza das matérias-primas. Estes são identificados por diferentes siglas,

como apresentado no ITE 50 (Santos & Matias, 2006):

EPS – Poliestireno expandido moldado;

XPS – Poliestireno expandido extrudido;

PUR – Espuma rígida de poliuretano;

MW – Lã mineral (lã de rocha ou lã de vidro);

ICB – Aglomerado de cortiça expandida;

PEF – Espuma de polietileno expandido extrudido (grânulos leves ou fibras soltas);

FEF – Espuma elastomérica flexível;

É ainda de referir que, a posição de aplicação de isolamentos entre as várias camadas dos

elementos construtivos depende de diversas condicionantes associadas.


25

No que refere ao isolamento acústico, o objetivo principal passa pela atenuação de sons aéreos

e de sons de percussão. O ruído é considerado um som indesejável, cuja fonte poderá ser externa

(tráfego automóvel, ferroviário e aéreo e as atividades laborais e/ou lúdicas) ou interna

(equipamentos mecânicos e a vizinhança como outras habitações, cafés, restaurantes, discotecas

ou estacionamentos) (Araújo, 2008).

Relativamente à transmissão de sons aéreos, estratégias consideradas pelo seu ramo como mais

eficazes para aumentar o isolamento aos mesmos, passam pela duplicação dos elementos de

separação (duplicar os panos de parede), o aumento da massa, e aplicação de técnicas de

isolamento em vãos (caixilharia metálica com vidro duplo e colocação de material absorvente

sonoro na caixa de ar) (Araújo, 2008).

As instâncias normativas atuais acerca do conforto acústico, apenas serão satisfeitas recorrendo

a sistemas de atenuação da transmissão de sons de percussão. Assim, os seus principais sistemas

atenuadores passam pelos revestimentos de piso resilientes (alcatifa) e os revestimentos de piso

flutuante sobre apoios resilientes, separado dos elementos verticais da envolvente (Araújo,

2008).

Todas estas estratégias, cuja intenção passa pelo alcance do conforto térmico e acústico, não

esquecendo a proteção e preservação ambiental, dá-nos a compreender que “ A nossa maior

riqueza é o sol, vento e a água” (Pimenta, 2013), pelo que a Natureza nos oferece diariamente

recursos implantados em técnicas sustentáveis, servindo esta como exemplo do mesmo.

2.5.1. Conforto térmico e acústico

Reconhecido como um conceito não exato, por conforto térmico entende-se uma “condição

que expressa a satisfação do indivíduo com o ambiente térmico envolvente”(Nogueira et al.,

2012). Deste modo, conforto térmico é uma característica apresentada pelo meio ambiente e

pelas edificações, que indica a satisfação do ser humano com o ambiente térmico em que o

mesmo se encontra.

Conforto térmico é assim uma característica que afeta diretamente o desempenho das atividades

físicas diárias de cada indivíduo, influenciando, de uma forma ou de outra, a saúde humana.


26

Neste sentido, pode afirmar-se “condições climáticas urbanas inadequadas significam perda

da qualidade de vida para parte da população, enquanto que, conduzem ao aporte de energia

para o condicionamento térmico das edificações” (Nogueira et al., 2012).

O conforto térmico (Figura 18) e sua resposta ao “stress térmico” depende de diversos fatores,

desde a temperatura e velocidade do ar, humidade, ao estado metal do ser humano, hábitos

diários, atividade física, roupa vestida e aclimatação. Desta forma, o tipo de conforto eleito por

cada pessoa varia consoante o clima particular de um ambiente local (Silva, 2006).

Figura 18 - Conforto térmico (Watanabe, 2000)

Nas últimas décadas, inúmeros trabalhos foram desenvolvidos com o intuito de avaliar o

conforto dos ambientes e de obter um ambiente interior dos edifícios termicamente confortável

para os seus ocupantes. Para tal, é fundamental a implementação de normas e índices de

conforto térmico, estabelecidos no sentido de definir condições confortáveis:

EN ISO 7726:2001, define as grandezas e os instrumentos a utilizar nas medições;

EN ISO 7730:2005, estabelece um critério objetivo de avaliação de conforto térmico;

EN ISO 7243:1989, define nível de desconforto do ambiente (aplica-se quando não é

possível aplicar a ISO 7730);

EN 15251:2007, Indoor environmental input parameters for design and assessment of

energy performance of buildings addressing indoor air quality, thermal environment,

lighting and acoustics;

ASHRAE 55:2010, Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy;

DL118/2013 de 20 de Agosto – Regulamento de Desempenho Energético dos Edifícios

de Habitação (REH)


27

Contudo, atualmente as normas não existem apenas para definir condições de conforto, mas

sim para otimizar os consumos energéticos ao máximo. Este fato deve-se aos evidentes

problemas ambientais, gerados principalmente pelo preocupante excesso de utilização de

equipamentos climatização. Os mesmos são irredutivelmente responsáveis pelo desmedido

aumento do consumo energético, contribuindo para o excesso das emissões de CO2 e o

consequente aquecimento global. “A solução passa por um bom design climático, utilizando

dados realísticos de conforto térmico” (Silva, 2006).

A reabilitação de edifícios é um excelente contributo na melhoria do seu comportamento

acústico, pelo que, tal como o térmico, também o conforto acústico é considerado subjetivo.

Porém, a qualidade mínima estabelecida, referentemente a elementos construtivos por índices

de isolamento sonoro – sons de sons de condução aérea e a sons de percussão (D2m, nT, W,

DnT, W e L’nT, W) e por níveis de ruído em espaços interiores de edifícios, encontram-se

definidos através do nível de avaliação (LAR), no Regulamento dos Requisitos Acústicos dos

Edifícios (RRAE) e no Regulamento Geral do Ruído (RGR) (Silva, 2009). Para que sejam

evidentes as condições mínimas de conforto acústico, é imposto o cumprimento destas mesmas

exigências (Silva, 2009).

2.6 Adaptação/Aclimatização

“Os animais portam-se como um sistema termodinâmico, que continuamente trocam energia

com o ambiente. Neste processo, os fatores externos do ambiente tendem a produzir variações

internas no animal, influindo na quantidade de energia trocada entre ambos, havendo então a

necessidade de ajustes fisiológicos para a ocorrência do balanço de calor” (Bridi, n.d.).

Desta forma, o ser vivo tem necessidade de se adaptar ao clima envolvente, sem o destabilizar,

isto é, face às condições adversas do seu habitat, os animais tendem acomodar-se através de um

conjunto mudanças estruturais, funcionais ou até comportamentais, com o intuito de sobreviver.

A este conceito dá-se o nome de adaptação.

Do mesmo modo que, os animais se tendem a manter em harmonia com o seu habitat, também

o Homem sente necessidade de se adaptar ao clima envolvente. A esta adaptação por parte do

Ser humano, dá-se o nome de aclimatização, sendo a mesma representada na Figura 19.


28

Figura 19 – Aclimatização (Oliveira, n.d.)

Desta forma, entende-se por este conceito, todas as mudanças estabelecidas pelo Homem, no

sentido de se adequar ao clima, em resposta uma maior necessidade de conforto.

2.7 Comportamento Térmico

“Quando um edifício é projetado não se pode esquecer que este deve satisfazer as exigências,

quer a nível estrutural como a nível do conforto, necessárias para ser utilizado ao longo de

décadas” (Lameiras et al., 2010).

Neste sentido, os conceitos de sustentabilidade, conforto e energia evidenciam a necessidade

crescente da construção de edifícios energeticamente eficientes. De acordo com esta

necessidade, diversas estratégias de construção estão a ser adotadas, com o intuito de equilibrar

a construção de edifícios e a carência (Silva, 2009).

A arquitetura define os espaços através dos materiais, que sofrem a influência dos fenômenos

físicos (luz, humidade, temperatura). Ao definirem-se espaços arquitetónicos, geram-se

ambientes que podem apresentar diferenças na temperatura estabelecendo transmissão de calor,

entre outros.

O conceito de conforto ambiental, da perspetiva térmica, implica condicionar este fenômeno,

de tal forma que, proporcione aos usuários a sensação de bem-estar quando submetidos a


29

determinadas condições de temperatura, ventilação e humidade. Deste modo, o isolamento

térmico dos edifícios consiste na construção de uma barreira à passagem do calor do interior da

casa para o exterior, no inverno, ou vice-versa, no verão. Estas trocas térmicas poderão ocorrer

por mecanismos de convecção, radiação ou condução (Figura 20) (Lameiras et al., 2010).

Figura 20- Mecanismos de transferências de calor (Lameiras et al., 2010)

2.7.1 Convecção

O fenómeno de convecção ocorre quando um gás ou um líquido flui ao intercetar uma superfície

sólida com diferente temperatura. Se este movimento for provocado por agentes externos, diz-

se que se trata de uma convecção forçada, em oposição se o mesmo não for derivado a

condições externas, então este designa-se por convecção natural ou livre (Ribeiro, 2009). Os

fatores que podem ter influência sobre a transferência de calor convecção, são entre outros, a

área e rugosidade de superfície, a densidade e velocidade do fluído e principalmente a diferença

de temperatura entre os mesmos. Quanto maiores forem estes fatores, à exceção da rugosidade

e densidade, mais elevada será a transferência de calor (Oliveira, 2012).

2.7.2 Radiação

A radiação pode ser observada quando o sol transfere energia sob a forma de luz solar para o

espaço, a mesma não ocorre por qualquer outra forma de transferência de calor. A energia de

radiação é transportada por ondas eletromagnéticas, no entanto esta pode ser observada sob a

forma de luz visível ou então por infravermelhos, sendo esta última apenas visível através de


30

câmaras termográficas (Ribeiro, 2009). A energia irradia por um qualquer objeto é classificada

em diferentes níveis do espectro eletromagnético. O mesmo divide-se em diferentes faixas

espectrais, como apresentado na Figura 21 (Oliveira, 2012).

Figura 21 – Representação das faixas do espectro eletromagnético (Oliveira, 2012)

O olho humano é capaz de detetar a faixa o visível num intervalo entre 0,4m (violeta) e

0,7m. Já a faixa do infravermelho encontra-se entre 0,75m a 1000m, dividindo-se em

infravermelho próximo (0.75-3m), infravermelho médio (3-6m), infravermelho distante (6-

15m) e infravermelho extremo (15-1000m). Embora seja este o intervalo do infravermelho,

as câmaras termográficas vulgarmente usadas, estão especializadas em trabalhar com duas

gamas distintas, a onda curta – 2 a 5m (medições interiores) e onda longa – 8 a 14m

(medições exteriores e interiores) (Oliveira, 2012).

Tal como na convecção também existem fatores que podem influenciar a velocidade de

transferência de calor, efetuando assim a exatidão da medição de temperatura. São eles, a

temperatura atmosférica e ambiente, a distância entre o objeto e a câmara, a radiação direta ou

refletida pelo objeto, a emissividade do mesmo (Figura 22), o teor de humidade e de CO2.

Assim, quanto maior a diferença de temperaturas entre objetos ou menor distância entre eles

associado uma maior emissividade, mais elevada será a velocidade de transferência de calor.

Pelo contrário, quanto maior o valor de humidade, a concentração de CO2 e de partículas, menor

será a sua velocidade de transferência. Como importante fator de influência sobre a medição da

radiação infravermelha, a emissividade de um objeto é afetada pela temperatura e comprimento

de onda do mesmo, assim como, pelo estado de superfície e ângulo de visão (direção de


31

observação). Esta varia rapidamente com o comprimento de onda em gases e líquidos e

lentamente no caso de sólidos (Oliveira, 2012).

Figura 22 – Radiação registada pelo sensor de imagem térmica (Emissão, Reflexão e

Transmissão) (Oliveira 2012)

Todos estes fatores têm influencia negativas e/ou positivas sobre a mediação da radiação

registada através do sensor de imagem térmica, assim sendo é importante evitar valores de

emissividade abaixo de 0,6, assim como temperaturas acima dos 30ºC, uma vez que as mesmas

poderão eventualmente reduzir a precisão da medição de temperaturas (Oliveira, 2012).

2.7.3 Condução

Os mecanismos de condução tratam-se de trocas de calor decorrentes do contacto entre

superfícies, pelo que as matérias que constituem as várias superfícies (paredes, cobertura,

pavimentos, envidraçados) são imprescindíveis de um ponto de vista térmico, para obtenção de

conforto. Neste sentido, destacam-se a condutividade térmica (K), a difusidade térmica () e a

capacidade calorífica (C), como propriedades térmicas e ter em consideração nos materiais de

isolamento (Oliveira, 2010).

2.7.3.1 Condutividade térmica (K)

Definida na Lei de Fourier-biot, pela expressão (1.1), a condutibilidade térmica trata-se da

quantidade de calor transmitida através de um corpo homogéneo, por unidade de tempo,

espessura, área e gradiente de temperatura (W/m.K) (Oliveira, 2010).

𝑞𝑘 = −𝐾. 𝐴.𝑑𝑇

𝑑𝑥 (1.1)


32

Em que:

qk – Taxa de transferência de calor (W)

K – Condutibilidade Térmica (W/m.K)

A – Área da secção transversal, normal à direção do fluxo de calor (m2)

dT/dx – Gradiente de temperatura na secção (K/m)

Os isolantes são assim caraterizados por diversas propriedades, sendo a condutibilidade

térmica uma das mais importantes, pelo que no Quadro 1 são apresentados alguns exemplos

de materiais térmicos.

Quadro 1 - Identificação de isolamentos térmicos (Oliveira, 2010)

Isolante

Térmico

Massa

Volúmica

(Kg/m2)

Espessura

Necessária a

24C

Condutibilidade

Térmica

(W/mC)

Lã de Rocha 100-300 46-51 0.046

Lã de Vidro 65-160 49 0.037

Poliestireno

Expandido

16 44 0.035

Espuma Rígida

de PU

32 20 0.017

Cortiça 220 61 0.049

Madeira

(pinho branco)

350-500 >140 0.112

2.7.3.2 Difusividade térmica ()

A difusividade térmica () estabelece a relação entre a capacidade do material em armazenar

energia, sendo a mesma definido pela seguinte equação (1.2) (Oliveira, 2010).

= 𝐾

𝐶. (1.2)


33

Em que,

K – Condutibilidade Térmica (W/m.K)

C – Calor específico (J/(kg.K))

– Massa específica (kg/m³)

2.7.3.3 Capacidade calorífica (C)

A capacidade calorífica (C) indica a capacidade do material em absorver calor através da sua

envolvente externa, pelo que a quantidade de energia requerida para produção de elevação

unitária de temperatura é dada pela seguinte equação (1.3) (Oliveira, 2010).

𝐶 = . 𝑉. 𝑐 (1.3)

Em que,

C – Capacidade Calorífica (J/K)

C – Calor especifico (J/(kg.K))

– Massa específica (kg/m³)

V – Volume (m3)

O isolamento térmico é uma excelente solução para aumentar a resistência térmica da

envolvente do edifício, minorando as trocas de calor entre o edifício e o exterior, o que reduz

as necessidades de aquecimento e arrefecimento, assim como o risco de condensações.

Assim, o isolamento térmico (Figura 23) trata-se de uma adaptabilidade, por parte o Homem,

ao clima em que este se encontra, pelo que quanto maior a libertação ou absorção de calor,

maior será a necessidade de aquecer ou arrefecer a casa. Desta forma, quanto mais eficiente for

a barreira (material isolante), menos necessária é a utilização de equipamentos de climatização.


34

Figura 23 - Isolamento de paredes (Casa&Construção, n.d.)

Neste contexto, podemos mesmo afirmar que a implementação de isolamentos em elementos

construtivos, em declínio do uso de equipamentos de climatização, é uma importante estratégia

de construção, no sentido de aumentar o desempenho do edifício.

2.8 Materiais compósitos

Atualmente existe uma variada gama de materiais a aplicar no ramo da engenharia. Graças aos

avanços tecnológicos, verifica-se uma crescente implementação de materiais compósitos (não

tradicionais) em áreas como a da mecânica, medicina, arquitetura, eletrónica, aeronáutica,

espacial, militar e principalmente na área da engenharia civil (construção), como grandes

substitutos de materiais tradicionais (Moreira, 2008). Este sucesso está dependente das técnicas

de fabrico e de alguns parâmetros tais como a forma, força, massa, durabilidade, rigidez e

principalmente os custos. Quanto mais avançada for a tecnologia de fabrico, melhor serão estes

parâmetros, facilitando assim a aceitação destes mesmos produtos nas diversas áreas (Ventura,

2009). Os materiais compósitos utilizados na engenharia civil aliam vários parâmetros em

conjunto, são eles a leveza, a rigidez, a resistência, a versatilidade, a produtividade e os

reduzidos custos de produção.

2.8.1 Definição e composição

Um material compósito (Figura 24) trata-se da conjugação de dois ou mais materiais diferentes

com propriedades distintas, mas com o intuito de se obter uma melhor performance por parte


35

de cada material. Dos seus componentes fazem parte a matriz (fase contínua) que garante a sua

ligação e o reforço (fase dispersa) que garante a sua resistência (Moreira, 2008).

Figura 24 – Ilustração de um material compósito (NotaPositiva, 2007)

2.8.2 Classificação de um compósito

Um compósito é constituído por duas fases (Figura 25), sendo que a fase de reforço é geralmente

dividida em três categorias, são elas os compósitos particulados, os compósitos de fibras

descontínuas e os de fibras contínuas.

Figura 25 – Classificação de compósitos (NotaPositiva, 2007)

A fase matriz poderá ser de natureza metálica, polimérica (orgânica) ou cerâmica, como

apresentado na Figura 26. Este preenche os espaços vazios resultantes do reforço, conferindo

forma e estrutura ao material.


36

Figura 26 - Origem dos materiais compósitos (Moreira, 2008)

2.8.3 Compósitos poliméricos

Os compósitos existem em diferentes formas, no entanto, verifica-se que os mais usuais são os

materiais constituídos por um reforço de fibra inserido numa matriz polimérica (Figura 27)

(Moreira, 2008).

Figura 27 - Classificação dos compósitos (Silva, n.d.)


37

Os polímeros podem ser classificados por termoplásticos ou termoendurecíveis (termorrígidos),

consoante o tipo de estrutura química e o seu processo de transformação, isto é estrutura linear

ou ramificada e pelo processo físico ou químico, respetivamente (Bordado, 1986). Outra

caraterística importante, trata-se do seu comportamento quando aquecidos, isto é, os

termoplásticos são polímeros com capacidade de se moldarem facilmente com o aumento da

temperatura, enquanto que os polímeros termodurecíveis não poderão ser reciclados, tal como

o seu próprio nome indica (Silva, 2014). No Quadro 2 apresentam-se características distintas

entre polímeros termoplásticos e termoendurecíveis.

Quadro 2 - Polímeros termoplásticos versus termoendurecíveis (Silva, 2014)

Termoplásticos Termoendurecíveis

Reciclável mecanicamente

Baixa rigidez

Baixa estabilidade térmica

Baixa estabilidade dimensional

Fracas propriedades de isolamento

elétrico e térmico

Baixa resistência à fluência e relaxação

Alta viscosidade quando fundido

Tempo ilimitado de armazenamento

Não reciclável mecanicamente

Alta rigidez

Elevada estabilidade térmica

Alta estabilidade dimensional

Boas propriedades de isolamento elétrico

e térmico

Resistência à fluência e relaxação

Baixa viscosidade no processamento

Tempo limitado de armazenamento

A combinação dos materiais constituintes (matriz/reforço) é definida face à aplicação específica

que se pretende a cada material compósito, assim como, de acordo com as suas propriedades

pretendidas. No entanto, os polímeros termorrígidos são os mais utilizados por apresentarem as

vantagens anteriormente mencionadas, em relação aos termoplásticos. Estes últimos são

comercializados principalmente para fabricação de compósitos, além de uso como adesivo e

revestimento (Silva, 2014). Os mesmos são normalmente fundidos durante o processamento e

podem ser reciclados, pois fundem e retornam ao seu estado anterior sem degradação do

material. Estes podem ser moldados por injeção (por ex. de polipropileno), extrusão ou por

outras técnicas de moldagem por aquecimento. Em geral, os termoplásticos evidenciam-se por

apresentarem uma elevada resistência ao impacto e tenacidade e principalmente por poderem

ser reciclados, o que constitui um ponto muito importante na atualidade. No entanto as suas

dimensões e custos do processo restringem a sua utilização (Silva, 2014; Almeida, 2012). Os


38

polímeros termoendurecíveis, ao contrário dos termoplásticos, não podem ser reprocessados,

pois uma vez aquecidos, os mesmos adotam uma forma constante. Isto é, não poderão ser

reciclados por fusão ou reformação, pois sob a ação da temperatura, estes irão degradar-se e

queimar-se sem que se derretam (Almeida, 2012). Num conceito de sustentabilidade, esta

poderá revelar-se assim uma significante desvantagem para os mesmos, quando comparados

com a capacidade de reciclagem por parte dos polímeros termoplásticos. No entanto, o

surgimento de fibras naturais como a juta, o sisal e o cânhamo, em substituição de fibras

inorgânicas sintéticas ou plástico, em combinação com matrizes biológicas contribui para a

produção de eco-compósitos. Assim sendo, ainda que os polímeros sejam termoendurecíveis,

estes podem ser considerados compósitos favoráveis ao meio ambiente, desde que os mesmos

surjam da combinação de tecidos de fibras naturais com uma matriz de origem biológica (Mota

et al., 2015).

O processamento dos compósitos pode ser realizado pelo método de moldação manual (por ex.

hand lay-up ou spray-up) ou mecanicamente (moldação por compressão a quente ou por

moldação em autoclave). A cura/endurecimento da resina pode verificar-se ou não sob a ação

da pressão, temperatura ou vácuo (Silva, 2014; Almeida, 2012). Este processo ocorre quando

se dá a chamada polimerização, isto é, após os componentes (resina e acelerador e/ou

catalisador) serem misturados na sua proporção adequada. As resinas termoendurecíveis têm

ainda a vantagem de facilitarem a impregnação do reforço, dado que, antes da cura, apresentam

uma viscosidade bem mais baixa que as termoplásticas (Almeida, 2012). Como apresentado

anteriormente na Figura 27, as matrizes termoplásticas são o polietileno, o poliestireno e o

polipropileno, enquanto que as matrizes de termorrígido são o epóxi, o poliéster e o poliuretano.

Destro das últimas, as resinas mais utilizadas e de menor custo são os poliésteres, poliuretanos,

vinil-éster e resinas fenólicas, as quais são empregadas principalmente em compósitos

reforçados com fibras de vidro. As resinas epóxi embora sejam as mais caras, estas são muito

utilizadas em aplicações estruturais e aeroespaciais por possuírem boas propriedades mecânicas

e boa resistência à humidade (Silva, 2014).

2.8.4 Interface fibra/matriz

A contribuição das fibras para as propriedades finais do compósito depende de vários fatores,

tais como a sua orientação, propriedades mecânicas, fração volúmica, técnica de processamento

e, principalmente, a interface entre fibra/matriz (Almeida, 2012). Tanto as propriedades desta


39

última, como a sua própria estrutura têm uma grande influência nas propriedades finais de cada

material compósito. É essencial que ocorra uma boa adesão interfacial, pois a mesma aumenta

a transmissão de tensão da matriz para a fibra, influenciando positivamente no desempenho

mecânico do compósito. Caso não haja esta interação, o material estará sujeito a diversas falhas.

Este facto influencia diretamente na escolha dos materiais a serem empregados na composição

do compósito, porque a combinação de quaisquer fases nem sempre resultará na boa interação

da matriz/fibra. Seguidamente, enumeram-se os principais mecanismos de adesão entre os

constituintes de um compósito (Pires, 2009):

Interdifusão;

Atração eletrostática;

Ligação química;

Adesão mecânica;

Adsorção e molhamento.

2.8.5 Fibras naturais e suas aplicações

Cada vez mais se vem a verificar um elevado interesse mundial pelo desenvolvimento de novos

materiais de construção com menor impacto ambiental. Neste sentido, existe atualmente um

grande preocupação em substituir os materiais plásticos sintéticos por outros biodegradáveis ou

até recicláveis. Para tal, são realizadas diversos estudos na área de compósitos poliméricos,

dentre os quais se destacam a utilização de fibras naturais (Figura 28).


40

Figura 28 - Tipos de materiais compósitos (Silva, n.d.)

Os materiais compósitos podem classificar-se em compósitos de partículas, de fibras, laminares

e mais recentemente naturais, sendo estos últimos de origem animal, vegetal ou mineral. As

fibras naturais de origem animal provêm da secreção glandular de larvas de alguns insetos, tal

como a seda, ou então constituídas por pêlos de alguns mamíferos, como o caso da lã. Já as

fibras vegetais são extraídas de plantas como o caso do algodão, do linho, do sisal e da fibra de

côco, classificadas de acordo com a sua origem, como fibras da semente, fibras do caule, fibras

de folha e fibras de fruto, respetivamente (Fibrenamics, n.d.b). No caso da fibra de Juta, esta é

extraída da sua planta, passando pelos processos de transformação e fiação idêntico ao do linho

(Figura 29).


41

Figura 29 – a) Planta de juta, b) Extração da planta de juta e c) Juta já extraída da planta

(Silva, 2014)

Estas últimas representam uma importância económica acrescida para muitas comunidades,

sendo então utilizadas no reforço de betão e lajes pela sua grandiosa capacidade em resistir a

elevadas cargas. Por exemplo, o sisal é biodegradável com elevados módulos de elasticidade,

sendo então utilizado como reforço de polímeros, pavimentos rodoviários, fundações de

edifícios e blocos de betão. Enquanto que, a fibra de coco pode ser aplicada na produção de

pranchas, em fibrocimento e betão com fibras, pela sua durabilidade e resistência (Diniz, 2013).

Por fim, as fibras de origem mineral são provenientes de rochas com estrutura fibrosa, como o

caso do amianto, constituído principalmente por silicatos (Figura 30) (Fibrenamics, n.d.a).

Em suma, as fibras naturais são flexíveis, finas, longas, abundantes, de baixo custo, de elevada

capacidade em absorver CO2, biodegradáveis e recicláveis, o que as torna propícias a fins

têxteis. Ainda assim, apresentam uma grande absorção de humidade e menor estabilidade

térmica e mecânica, em comparação com as fibras não naturais. Estas últimas são produzidas

por processos químicos, a partir de produtos naturais - fibras artificiais (por ex. viscose, modal

e acetato), ou através da síntese química – fibras sintéticas de natureza orgânica (por ex. acrílica,

elastano, poliamida e poliéster) ou de natureza inorgânica (por ex. vidro e carbono)

(Fibrenamics, n.d.a).

a) b)

c)


42

Figura 30 - Quadro-resumo acerca das fibras naturais (Franco et al., 2008)


43

CAPÍTULO 3 – IDENTIFICAÇÃO DE MODELOS NATURAIS COM

SISTEMAS DE ISOLAMENTO (CONDIÇÕES EXTREMAS)

No presente capítulo são identificados vários seres vivos que apresentam soluções interessantes

de isolamento térmico, em condições térmicas extremas. De entre os vários analisados, é

posteriormente descrita em detalhe, a anatomia de três deles, assim como as suas adaptações de

sobrevivência, face ao meio envolvente adverso.

3.1 Adaptações dos seres vivos (modelos naturais)

A Ecologia estabelece uma relação bastante complexa entre os organismos e seus ambientes.

Os fatores ecológicos ou ambientais (abióticos ou bióticos) são elementos do meio que agem

direta ou indiretamente sobre os seres vivos, durante o seu ciclo de vida. Os fatores abióticos

são fatores climáticos (luz, pluviosidade, temperatura, humidade, ventos, etc.), fatores edáficos

(relacionados com o solo - textura, estrutura, composição química, pH, humidade,

permeabilidade) e fatores físico-químicos da água (temperatura, pH, salinidade, turbidez)

(Santo, 2005). Já os fatores bióticos são interações ecológicas intra e interespecíficas que se

estabelecem entre seres vivos, ou seja, são interações que se estabelecem entre seres vivos da

mesma e diferentes espécies, respetivamente (Santos, 2010).

Os fatores ecológicos podem atuar como fatores limitantes, ou seja, os processos biológicos dos

animais só funcionam, por exemplo, dentro de uma gama de temperaturas relativamente estreita

e quando este intervalo é excedido, o ser vivo não sobrevive. Felizmente, a maioria dos seres

vivos evoluíram mecanismos adaptativos ao meio envolvente, de modo a resolver os problemas

de calor e frio a que estão sujeitos (DesertUSA, n.d.). Assim sendo, a variação de fatores

climáticos do meio, como a luz, a humidade e a temperatura, obriga os seres vivos a adaptar-se

ao meio envolvente, permitindo que seu organismo sobreviva no seu nicho ecológico. As

adaptações à escassez de água, à procura de alimento, à resistência ao fogo e a temperaturas

extremas, dividem-se em adaptações comportamentais ou morfológicas (características físicas).

Por adaptações comportamentais entende-se todas estratégias inteligentes desenvolvidas pelos

seres vivos, como a migração (proteção contra o frio e a falta de alimento), hibernação (proteção


44

contra o frio e a falta de alimento) ou estivação (proteção contra o calor e a falta de água). Já as

adaptações morfológicas tratam-se de alterações das características físicas do ser vivo em

resposta às variações sazonais de temperatura (Botanical, n.d.).

De modo a conservar calor e a resistir ao excesso de frio, os seres vivos aumentam a densidade

do seu revestimento (pelos ou penas), mudam a cor da sua pelagem, alongam as suas

extremidades (focinho e/ou orelhas), acumulam gordura sob camadas e constroem abrigos

adequados às suas necessidades. Deste modo, apresentam-se seguidamente alguns exemplos de

casos semelhantes.

O faisão-australiano, conhecido na Austrália por MalleeFowl (Leipoa ocellata), fornecem calor

aos seus ovos recorrendo apenas ao uso de vegetação apodrecida. Esta espécie existente no leste

da Austrália coloca os seus ovos num enorme monte construído pelo progenitor (macho). Este

núcleo é assim composto por vegetação apodrecida, sendo todo coberto com areia. Na estação

de verão, a exposição à radiação solar aumenta, pelo que estas aves evitam o superaquecimento

por acumulação de mais areia e consequente aumento do monte. Além disso, esta espécie ainda

cria os seus montes pela manhã, espalhando a areia com o propósito de arrefecer. Após o

arrefecimento, este é novamente utilizado na construção do ninho. Por oposição, na estação do

Outono, a areia é acumulada em forma de monte, sendo que quando as camadas superiores

perdem a suas capacidades, as mesmas são retiradas, para que o sol incida na zona onde estão

colocados os ovos. Ao anoitecer, estes são novamente cobertos para retenção do calor. Deste

modo, o faisão-australiano (Figura 31) usa a vegetação em decomposição como fonte de calor

para aquecer os seus ninhos (Figura 32). Esta técnica poderá assim, servir de base a novas

ideias/técnicas de auto-ventilação de edifícios (Encyclopedia of Life, 2015).

Figura 31 – Faisão-australiano (Leipoa ocellata) (Ruoso, n.d.)


45

Figura 32 - Ninho de aves (Halasz, 2010)

A pelagem espessa e superficial do mamífero marsupial Numbat (Myrmecobius fasciatus),

favorece a perda de calor no verão quente e permite a absorção do mesmo no inverno frio.

Numbat (Figura 33) é uma pequena espécie carnívora da Austrália, sendo o único membro da

família Myrmecobiidae. De baixa refletividade (19%) em comparação com outros marsupiais,

mas de absortividade semelhante à dos esquilos da América do Norte (72%), o revestimento do

Numbat é caracterizado pela sua grande capacidade de retenção de calor. No entanto, o seu

revestimento apresenta uma baixa resistência à velocidade do vento quando comparado com

outros marsupiais, o que reflete a baixa densidade e espessura da pele. Assim, pode afirmar-se

que, o ganho solar não está associado ao mesmo grau de redução de resistência à ação do vento,

pelo que o Numbat possui características estruturais e espectrais que permitem a absorção de

calor, tornando-o o aspeto mais importante para a termorregulação de numbat selvagem. Com

base neste revestimento, foram criados vários materiais com características biofísicas

(isolamento, estrutura, cor, cabelo propriedades espectrais e cor da pele) para controle de

equilíbrio térmico (Cooper et al., 2003).

Figura 33 - Numbat (Myrmecobius fasciatus) (Wormleaton, n.d.)


46

Os golfinhos (Figura 34), conhecidos no seu país por Bottlenose Dolphin (Tursiops truncatus),

são conhecidos pela sua camada de gordura que permite a absorção de calor, agindo como um

material de mudança de fase. Existem assim, várias provas que apoiam a classificação da

camada de gordura como um material de mudança de fase. Em primeiro lugar, muitos ácidos

encontrados na camada de gordura são classificados como materiais de mudança de fase e têm

pontos de fusão na gama de temperaturas do corpo dos mamíferos. Para além disso, estes ácidos

gordos satisfazem o requisito de estar num bom patamar no que se refere a valores de calor

latente. Em terceiro lugar, a sua estratificação em gordura pode ser evitada através da sua

retenção em adipócitos, também estes de natureza altamente estruturada. Por último, estes

cetáceos são ainda conhecidos por terem um controlo vascular consideravelmente fino. No

entanto, são ainda necessários mais estudos referentes ao potencial das propriedades de

mudança de fase da gordura de golfinhos e baleias, bem como, referente às possíveis funções

que podem ser associados a tal propriedade. Ainda assim, será bastante vantajoso a inclusão

destes materiais de mudança de fase em elementos de construção (Dunkin et al., 2005).

Figura 34 – Golfinhos (Phillips, n.d.)

Vulgarmente conhecido no Norte da Améria por Skunk Cabbage (Symplocarpus foetidus), um

membro da família Araceae, é das poucas plantas (Figura 35) que controla a sua temperatura

interna. Esta planta gera calor por queima de amido em células especiais, não se tendo, até à

data, descoberto exatamente como estas controlam o seu termostato interno. Recentemente dois

investigadores da Universidade do Japão afirmam que a temperatura desta planta segue um tipo

de padrão matemático chamado de Zazen Atractor. O estudo constou na análise de várias

plantas desta espécie, com registo dos seus resultados a cada minuto. Numa primeira análise, a

variação da temperatura parecia ser aleatória, mas usando uma técnica estatística de previsão


47

não-linear, estes investigadores perceberam que a variação da mesma está de acordo com o

algoritmo matemático referido (AskNature, n.d.d).

Figura 35 – Planta com termostato interno (Vick, 1989)

A espécie conhecida por Besouro-hércules (Dynastes Hercules) possui a capacidade de alterar

a cor verde do seu exosqueleto para preto, com o aumento da humidade, recorrendo para tal à

interferência de uma película fina, por alteração reversível da espessura da sua camada. A

explicação científica para tal capacidade é até então desconhecida, no entanto, recorrendo-se a

certas amostras analisadas, pode-se referir que em ambiente seco, besouro-hércules (Figura 36),

encontra-se com uma cor amarela-esverdeada, alterando a sua coloração para preto sob altos

níveis de humidade (AskNature, n.d.c).

Figura 36 - Besouro-hércules (Lee, 2010)

A cor esverdeada visível no estado seco é originada por uma camada porosa tridimensional,

localizada abaixo da superfície da cutícula. Esta camada é conhecida pela sua estrutura

tridimensional, constituída por uma rede de cadeias filamentosas, dispostas em camadas

paralelas à superfície da cutícula e por uma matriz de fortes pilares cilíndricos orientados

perpendicularmente à superfície. Surpreendentemente, é a difração que desempenha um papel

fundamental na alteração da cor na banda larga da cutícula, face ao ambiente envolvente. No

estado seco, os espaços livres nas camadas de nanoestruturas são ocupadas com ar, mas sob

condições de humidade elevada, as cavidades vazias são preenchidas por água, verificando-se


48

uma considerável diferença entre o índice de refração e o nível de humidade que, por sua vez,

se reflete na variação de cor visível (AskNature, n.d.c).

Os animais que vivem em regiões polares (Figura 37) possuem uma pelagem bastante densa,

com caraterísticas isoladoras. No caso das renas polares, combinam um pelagem densa e longa,

repelente à água. No entanto, a densidade da sua pelagem tem vindo a diminuir

consideravelmente, o que não impede que a mesma realize a sua principal função em evitar a

circulação de ar, reduzindo assim a dissipação de calor. Deste modo, pode afirmar-se que o

mecanismo responsável pela termorregulação ao ambiente envolvente das renas é o isolamento

conferido pela sua pelagem (Soppela et al., 1986).

Figura 37 – Renas polares (Wilson, 2010)

Outro caso semelhante trata-se da raça de carneiros (Figura 38) conhecida por Merino (Ovis

aries Linnaeus), cuja sua pelagem densa é particularmente eficaz no controlo de temperatura.

Esta espécie vulgarmente presente na Austrália, tem a capacidade de se adaptar tanto a

ambientes quentes como frios. Em ambientes frios, é essencial a distância (cerca de 8cm) entre

a pele a superfície de lã, que se poderá traduzir em 40ºC de temperatura. No caso de animais

com revestimentos (pelagem) grossos, é suficiente que os mesmos sejam firmemente eriçados,

aumentando consequentemente a sua resistência ao frio. Neste sentido, este denso revestimento

poderá servir como uma excelente ideia na aplicação de isolamentos de fachadas (AskNature,

n.d.g).


49

Figura 38 – Carneiro merino (Porter, n.d.)

As variadas famílias de pinguins (Figura 39) são conhecidas pela sua capacidade em

economizar energia sob a forma de calor, protegendo-se do frio, graças ao seu hábito de

“amontoamento social”. De entre os mais variados grupos de pinguins, destacam-se as famílias

de pinguins, imperador e adélia, Aptenodytes Forsteriaa e Pygoscelis Adeliae, respetivamente.

Figura 39 - Famílias de pinguins (Dolamore, 2012)

O Pinguim Imperador (Figura 40) possui várias adaptações estruturais, em função da sua

organização corporal. Conhecido pela ave de maiores dimensões entre a família Spheniscidae,

o seu pescoço curto, pernas curtas e corpo comprido, permite-lhes reter grande parte do calor

necessário para a sua sobrevivência. A sua cauda curta permite o seu equilíbrio em terra e os

seus saltos no gelo sobe a forma de tripé, diminui área de contacto e permite-lhes evitar a perda

de calor, assim como, as garras que possuem nas patas conferem-lhe aderência na neve, gelo

ou rochas, quando emergem do oceano. Com todas estas características, esta espécie é capaz de

sobreviver a temperaturas extremas, ao longo de anos, assim como, as mesmas poderão oferecer


50

novos conceitos na aplicação de isolamentos com características adequadas aos edifícios

(Ward, n.d.a).

Figura 40 - Pinguim imperador (Amsel, n.d.a)

Pinguim-de-Adélia (Figura 41) está adaptado a sobreviver na Antártida, devido à sua forma

compacta e à baixa razão entre a superfície e volume, reduzindo assim as perdas de calor (Ward

n.d.b). As suas penas são curtas e densas, sobrepondo-se umas sobre as outras, como “telhas na

cobertura”. Desta forma, as suas penas estão especializadas em conferir isolamento em terra,

sendo ainda revestidas com um óleo originado por uma glândula perto da sua cauda,

responsável por aumentar o seu fator impermeável. Por debaixo das suas penas existe ainda

uma camada de gordura que proporciona isolamento adicional contra o frio, principalmente nas

suas atividades aquáticas (Ward, n.d.a). Esta é uma característica comum entre os vários

vertebrados de sangue quente existentes na Antártica (Landcare Research, n.d.).


51

Figura 41 - Pinguim-de-adélia (Amsel, n.d.b)

Os mamíferos marinhos, como o caso de focas, morsas ou de baleias possuem adaptações

especiais para águas geladas, uma vez que o calor dos animais de sangue quente é perdido mais

rapidamente na água do que no ar gelado da Antártida. Os seus corpos arredondados e

principalmente as camadas de gordura localizadas sob a pele agem como um excelente isolante

térmico, protegendo-os contra a perda de calor corporal, mantendo dessa mesma forma a sua

temperatura interna (Ward, n.d.d). Assim, esta camada acumulada sob a pele e acima dos

músculos contribui ainda, para o armazenando de energia. Pelo contrário, as suas línguas mal

isoladas são constituídas por uma estrutura que garante um lento fluxo de sangue e uma grande

área de superfície para efetuar a troca de calor entre o sangue frio nas veias (deixam a língua) e

o sangue quente das artérias (chegam à língua). Deste modo, o sangue é pré-arrefecido antes de

contactar com a superfície da língua, não dissipando calor para a água fria na boca (AskNature,

n.d.e).

Formica rufa Linnaeus (Figura 42) é uma das quatro espécies britânicas da "formiga de madeira

do sul", sendo considerada bastante agressiva e ativa. Os seus ninhos são confecionados a partir

de fragmentos de vegetação/pinheiros coletados pelas formigas e posteriormente colocados no

topo dos troncos de árvores (Hoy, 1997). Os mesmos, em forma de monte, são isolados,

possuindo inúmeros buracos que servem de orifícios de ventilação. Contudo, à noite e a baixas

temperaturas, a formica rufa cerra as aberturas do seu ninho, de forma a manter o calor interior

do espaço. Para além disso, estes trabalhadores ainda mantêm a inclinação perfeita dos seus


52

ninhos (Figura 43), de modo a coletar a quantidade máxima de radiação solar possível. Desta

forma, as formigas da madeira conseguem aquecer os seus ninhos passivamente, transportando

ainda calor extra, coletado pelos seus corpos. Posto isto, podemos afirmar-se que, estas técnicas

de sobrevivência poderão ser implementadas como ideias para climatização passiva de edifícios

(AntAsk, 2012).

Figura 42 - Formiga de madeira do sul (Opioła, 2009)

Figura 43 – Inclinação dos ninhos (AntAsk, 2012)

Contrariamente aos exemplos apresentados ao longo deste capítulo, existem ainda várias

adaptações ao calor que se faz sentir no deserto. A sobrevivência a temperaturas muito elevadas

depende da construção de tocas e galerias e do arrefecimento do corpo, por exemplo, através

de orelhas de grandes dimensões (ex.: elefantes, coelhos e raposas) ou mesmo da mudança da

cor do pêlo.

Os coelhos, em geral, suportam com grande dificuldade os períodos de calor e, como tal,

recorrem a diversos mecanismos de eliminação de calor, por forma a manter a sua temperatura

corporal dentro da “faixa de termoneutralidade” (aproximadamente 25C). Esta necessidade


53

justifica o interesse de uma ventilação adequada, a fim de eliminar simultaneamente, o vapor

de água e o calor em excesso. Com este intuito, os seus pulmões atuam de duas formas, não só

pelo facto do ar expirado ser mais quente que o ar inspirado, como também pelo facto de os

pulmões eliminarem água sob forma gasosa (vapor de água). Observa-se, ainda, que as orelhas

tem um papel fundamental na eliminação do calor, através da sua circulação sanguínea. Assim,

quando a temperatura se aproxima do limite tolerado, os coelhos erguem as suas orelhas (Figura

44) e desse modo a sua superfície elimina por irradiação o calor veiculado pelo sangue (Mussoi,

2011).

Figura 44 – Vasos sanguíneos das orelhas dos coelhos (Santiago et al., 2001)

Mais especificamente, a raposa-do-deserto ou feneco (Vulpes zerda) são pequenas raposas com

umas orelhas grandes, um focinho comprido e um pêlo curto que lhe permite perder facilmente

o excesso de calor (Figura 45). A sua cauda pode medir até 15 cm e a sua cor de areia permite

a reflecção dos raios de sol durante o dia e conservar o calor durante a noite. (Barbosa, 2013).

Pelo contrário, a raposa-do-ártico (Alopex lagopus) possui extremidades mais reduzidas, o que

reduz as suas perdas de calor (Figura 46) (Ito Ciências, 2013).

Figura 45 - Raposa-do-deserto ou feneco (Barbosa, 2013)


54

Figura 46 - Raposa-do-ártico (Ito Ciências, 2013)

Em ambientes desérticos, de alta incidência solar e clima quente/seco, as plantas são

caracteristicamente espinhosas, mais resinosas ou mais tóxicas, uma vez que estão expostas a

uma grande procura por parte de predadores. É o caso de plantas suculentas como as cactáceas

(Cactaceae) e os catos (Figura 47) que, ao longo da sua evolução, desenvolveram diversas

adaptações morfológicas, como forma de sobrevivência. Uma das suas adaptações consiste em

possuir raízes superficiais, muito longas e ramificadas, que permite o aproveitamento de uma

grande área de solo para absorção de água, reduzindo a perda de água nas folhas, ou aumentando

a quantidade de água armazenada em seus tecidos. Nas plantas xerófitas (plantas que resistem

bem a condições de seca), a pele, ou cutícula espessa e reduzida dos catos é constituída por

grossas camadas de cera que reduzem a perda de água por transpiração. Para além destas,

destacam-se ainda a abertura de estômatos (estruturas/aberturas semelhantes aos poros da pele,

na epiderme de folhas e caule, através das quais se efetuam as trocas gasosas necessárias à vida

das plantas), como adaptações bioquímicas que, durante o dia, sob sol forte, permanecem

fechados para evitar a perda da água na forma de vapor. O fecho ou abertura de estômatos

obedece a um controle hormonal efetuado por um ácido comum entre plantas. Provavelmente,

o exemplo mais dramático na adaptação ao clima seja referente à fotossíntese que algumas

plantas tropicais desenvolvem em resposta a condições de calor e aridez. Assim, em dias de

grande calor, plantas de clima temperado realizam a fotossíntese com menor eficiência, ou seja,

apresentam uma queda na incorporação de CO2 atmosférico na produção de açúcar (Prado,

2011).


55

Figura 47 - Catos globulares no desfiladeiro do rio Virgin no noroeste de Arizona (Henke,

2013)

Estes em geral, ainda usufruem das suas nervuras, que lhe conferem a capacidade de reflexão

de calor e redução de evaporação de água. Esta característica promove-lhe a possibilidade de

áreas de sombra para arrefecimento, à custa da sua superfície reduzida. Fenómeno este, que se

explica pela ocorrência de planos alternados entre a incidência de luz solar nos catos (colocados

verticalmente) e as sombras provocadas pelas suas nervuras. Curiosamente, um botânico

descobriu que quando os catos são colocados horizontalmente sob o sol, os mesmos sofrem

queimaduras responsáveis pela sua morte (Figura 48). Neste sentido, poder-se-á considerar a

orientação das nervuras dos catos, uma estratégia de sobrevivência dos mesmos (AskNature,

n.d.f). Todas estas estratégias, são importantes características percetíveis na espécie designada

por C. gigantea, pertencente à família Cactaceae.

Figura 48 - Incidência solar nos catos (Harrington, 2012)

Também pertencente à família de Cactaceae, Echinocactus grusonii, é um cato que habita

predominantemente no México, cuja espécie foi sujeita ao estudo “Plant Modeling and

Analysis”, realizado por Emerson Porras, onde foi comprovada a funcionalidade das costelas

(pregas), nervuras e espinhos que o constituem. Pelas imagens termográficas apresentadas na


56

Figura 49, é possível observar-se uma estrutura sem reforço (imagem a)), que sofre um maior

sombreamento na parte inferior do cato. Pela imagem b) verifica-se uma estrutura com

nervuras, onde é percetível um maior sombreamento na parte inferior do cato, assim como, uma

significativa proteção na sua parte superficial, por intermédio da profundidade entre costelas.

Pode ainda, observar-se pela imagem c), o efeito dos espinhos, com sombreamento similar por

toda a extensão da superfície exterior do cato. No seu topo, este ainda possui uma maior

quantidade de espinhos brancos, que lhe incrementam proteção solar superior. Estas

características funcionam assim, como um revestimento exterior, que promove um maior

sombreamento e eficácia no controlo solar (designEmergente, 2007).

Figura 49 - Análise térmica: a) estrutura sem proteção; b) estruturas com nervuras; c)

estrutura com espinhos (designEmergente, 2007)

Outro caso semelhante trata-se de um dos membros de uma das maiores famílias de plantas

com flores e com mais de sete mil espécies, a Euphorbia (Figura 50). A mesma protege-se do

calor/seca, através da sua superfície (revestimento) de cera dura, sendo que se assemelha aos

catos vulgarmente conhecidos na América, pela forma como ambos respondem a estímulos

condicionados pelo calor e a seca. As características desta espécie são normalmente aplicadas,

na conceção de edifícios sujeitos a climas quentes e secos (AskNature, n.d.h).

a) b)

c)


57

Figura 50 – Euphorbia (Qwertzy2, 2011)

A árvore do Quiver, cientificamente designada por Aloe dichotoma Masson, é uma espécie de

aloé, que está presente na natureza desde a África do Sul até à Namíbia (Figuras 51 e 52). A

mesma revela-se uma espécie muito resistente à seca e às variações climáticas, podendo

instalar-se em terrenos rochosos e secos (Shapiro, n.d.). Esta característica deve-se

fundamentalmente à sua estrutura, em que tal como a restante família, tem folhas grossas

suculentas que crescem em rosetas, sendo ainda içadas a 20 pés no ar. Deste modo, a espécie

em questão consegue proteger-se das temperaturas elevadas a que está diariamente sujeita. Para

além disso, o seu tronco é ainda revestido por uma película branca que reflete os raios solares,

gerando pequenas escamas afiadas e cortantes. Estas caraterísticas de adaptação, por parte da

espécie Aloe dichotoma poderão ser aplicadas na captura e transferência de radiação UV para

aplicações fotovoltaicas, refletores UV (integrado em janelas de edifícios e automóveis),

revestimentos antirreflexo UV e em proteção solar (AskNature, n.d.a).

Figura 51 - Árvore do quiver (Gloor, n.d.)


58

Figura 52 - Árvore do quiver (Walker,2012)

Atualmente, é possível encontrar-se diversos organismos com diferentes configurações, mas

todos eles promotores de calor contracorrente. Apesar destes mecanismos serem do

conhecimento dos engenheiros, um olhar mais atento sobre o design utilizado pela natureza

poderá ser útil na conceção de sistemas de controlo térmico em habitações. Este é o caso Gazela-

de-Thomson (Figura 53), cujo cérebro arrefece graças à troca de calor contracorrente, numa

elaborada rede de vasos sanguíneos, a artéria carótida. Esta espécie habita na savana do Leste

Africano onde é exposto a altas temperaturas e a predação por grandes felinos (chita, leão, ou

leopardo). Daí surgir a necessidade de desenvolver uma estrutura de troca de calor

contracorrente, que possa manter a temperatura do seu cérebro mais baixa do que a temperatura

do seu corpo. Esta capacidade pode, ainda, dar à gazela uma importante vantagem de

sobrevivência nas suas atividades predatórias. A mesma pode ser aplicada como modelo de

troca de calor na construção de edifícios (AskNature, n.d.b).

Figura 53 - Gazela-de-thomson (Labat, n.d.)

Curiosamente, também as cascas de árvores são capazes de manter a sua superfície ventilada,

reduzindo absorção da luz solar e maximizando a reflexão da mesma. Ao longo de alguns


59

estudos, verificou-se que a casca de árvores otimiza a reflexão da luz solar num intervalo de

0,7 a 2 microns. Isto é, sensivelmente, a janela ótica em que a luz solar é transmitida e refletida

pela vegetação. Em simultâneo, a casca de árvore é altamente absorvente, refletindo

posteriormente a radiação absorvida, numa gama de 6 e 10 microns. Estas propriedades devem-

se principalmente aos taninos e criam condições ideais para o controlo da temperatura radiativa.

No entanto, as características óticas de cascas de árvores não são o único fator considerado

como evolução, no que se refere ao equilíbrio térmico das mesmas. Algumas cascas de árvores

apresentam uma estrutura semelhante às folhas de papel peeling, com elevado isolamento

térmico, como é o caso do vidoeiro (Figura 54). Ou ainda possuem uma superfície muito áspera

que contribui para um maior número de áreas sombreadas (Henrion & Tributsch, 2009).

Figura 54 – Vidoeiro (Omega, 2011)

Outro facto adicional, considerado em tal evolução, trata-se da estrutura arredondada de árvores

ramificadas, capaz de minimizar a superfície em relação ao volume. Esta característica permite

que, grande parte da radiação solar não seja absorvida. Tais propriedades poderão ser aplicadas

em tintas e superfícies de revestimento otimizadas na regulação térmica, através do controlo da

absorção da luz solar e da sua reflexão (Henrion & Tributsch, 2009).

A termorregulação dos seres vivos não tem quaisquer limites. No caso do caracol do deserto,

pertencente à classe de moluscos, Gastropoda, tem a capacidade de sobreviver no deserto, até

temperaturas de 50°C (Figura 55).


60

Figura 55 – Caracol do deserto (Schmidt-Nielsen et al., 1971)

Esta característica deve-se a alguns fatores e propriedades inerentes ao caracol. A sua concha

é de cor clara, o que lhe permite refletir 95% da radiação incidente, a partir da superfície do seu

invólucro. Esta propriedade permite ao caracol sobreviver ao calor do dia, uma vez que este se

retira para a parte superior da espiral, onde a temperatura é mais fria (aproximadamente 50°C).

A temperatura do ar pode chegar aos 45°C e a temperatura da superfície terrestre (substrato)

aos 65°C, no entanto graças ao sombreamento e à elevada refletividade, em combinação com a

lenta condução do calor do solo, o mesmo resulta numa temperatura de 60°C. Assim, o fluxo

do caracol na direção da baixa temperatura origina uma almofada de ar isolante, que o separa

da superfície do solo e constitui mais um obstáculo ao fluxo de calor para o caracol. Estas

características poderão ser implementadas em projetos de construção em climas quentes e

desérticos (Schmidt-Nielsen et al., 1971).

Segue-se agora, em forma resumida, um quadro comparativo das várias propriedades e

características dos seres-vivos apresentados ao longo deste capítulo.

Quadro 3 - Características dos seres-vivos apresentados

Adaptação

Clima Ser Vivo Descrição

Frio Faisão da Austrália Fornecem calor aos seus ovos pelo uso de vegetação

apodrecida, sendo posteriormente coberta com areia. Pela


61

manhã, constroem montes e espalham-nos de forma a evitar o

superaquecimento. À noite, após arrefecimento voltam a cobrir

os seus montes, de forma a conservar calor. Estas camadas são

repostas, caso percam as suas propriedades térmicas. Esta

característica poderá ser usada como técnicas de auto

ventilação em edifícios.

Numbat

A sua pelagem superficial espessa favorece a perda de calor

no verão e permite a sua absorção no inverno. Este possui

características estruturais e espectrais, que lhe confere elevada

uma capacidade na retenção de calor. Com base neste

revestimento foram já criados diversos materiais com

características biofísicas (isolamento, estrutura, cor) para

autocontrolo térmico.

Golfinho de

bottlenose

Este golfinho tem como importante característica a sua

camada de gordura interna, que lhe permite conservar calor,

agindo como uma material de mudança de fase. Ainda que

sejam necessários mais estudos comprovativos, a inclusão

destes materiais em elementos de construção, trarão vantagens

consideráveis na área.

Repolho do skunk

Das poucas plantas que controla a sua temperatura interna, a

mesma gera calor através da queima de amido em células

especiais. Contudo, ainda não foi descoberto exatamente a

forma como o fazem.

Besouro-hércules

Esta espécie possui a capacidade de alterar a cor verde do seu

exosqueleto para preto, através do aumento da humidade. No

entanto, a explicação cientifica par tal processo, é até então

desconhecida.

Renas polares

Os animais presentes em regiões polares possuem uma

pelagem bastante densa, com características isoladoras. Renas

polares combinam as características de uma pelagem densa,

longa e impermeável, cuja principal função passa por evitar a

circulação ar, evitando ainda a dissipação de calor interno.

Assim sendo, o isolamento conferido pela sua pelagem poderá


62

ser considerado como o mecanismo de termorregulação face ao

ambiente a que as renas estão sujeitas.

Carneiro merino

Semelhante ao caso anterior, a pelagem/lã densa de ovelhas é

particularmente eficaz no controlo de temperatura. Esta espécie

habita na Austrália, mas tem a capacidade de adaptar tanto a

ambientes quentes como frios. O seu revestimento poderá ser

uma excelente técnica a resolver na aplicação de isolamento

em fachadas.

Pinguim imperador

A nível comportamental, o pinguim imperador tem a

capacidade de economizar energia sob a forma de calor, ao

proteger-se do frio extremo através do “amontoamento social”.

Este possui ainda diversas adaptações estruturais, que lhes

permite reter grande parte de calor, tais como dimensões

consideravelmente grandes, um corpo comprido, um pescoço

curto, pernas curtas, entre outras. A sua cauda curta, permite-

lhe ainda equilibrar-se em terra e seus saltos no gelo sob a

forma de tripé, diminuem a sua área de contacto, que por sua

vez, diminui a perda de calor. Esta espécie poderá assim,

oferecer novos conceitos na aplicação de isolamentos em

edifícios.

Pinguim - de -

adélia

A sua forma compacta e a baixa razão entre a superfície e

volume reduz as perdas de calor desta espécie. As suas penas

são curtas e densas, sobrepondo-se umas sobre as outras,

conferindo isolamento em terra. Estas são ainda revestidas com

um óleo que lhe confere impermeabilidade. Por debaixo das

suas penas existe ainda uma camada de gordura que

proporciona isolamento adicional contra o frio, principalmente

em atividades aquáticas.

Formiga da madeira

do sul

Os seus ninhos são confecionados a partir de fragmentos de

vegetação/pinheiros coletados pelas formigas e posteriormente

colocados no topo dos troncos de árvores. Os mesmos, em

forma de monte, são isolados, possuindo inúmeros buracos que

servem de orifícios de ventilação. Contudo, à noite e a baixas


63

temperaturas, a formica rufa cerra as aberturas do seu ninho, de

forma a manter o calor interior do espaço. Para além disso,

estes trabalhadores ainda mantêm a inclinação perfeita dos

seus ninhos, de modo a coletar a quantidade máxima de

radiação solar possível. Então, as formigas da madeira podem

aquecer os seus ninhos passivamente, transportando ainda

calor extra, coletado pelos seus corpos. Posto isto, as técnicas

de sobrevivência de formigas poderão ser implementadas

como ideias para climatização passiva em edifícios.

Coelhos

Os pulmões dos coelhos atuam de duas formas, de maneira a

promover uma ventilação adequada, com a ilimitação de vapor

de água e de calor em excesso.

Raposa-do-deserto e

Raposa-do-ártico

A raposa-do-deserto ou feneco são pequenas raposas com

orelhas grandes, focinhos compridos e pêlos compridos que lhe

permite perder facilmente o excesso de calor. Possuem ainda

uma cauda com cerca de 15cm, e uma cor semelhante à de

areia, que lhe permite a reflecção de radiação solar ao longo do

dia e conservar calor ao longo da noite. Contrariamente, a

raposa-do-ártico possui extremidades bem mais reduzidas que

lhe reduz grande parte das perdas de calor.

Calor

Cactáceas/Catos,

Ex: Echinocactus

grusonii;

Euphorbia

Em ambientes desérticos, as plantas são caracteristicamente

espinhosas, mais resinosas ou mais tóxicas. Este é o caso de

plantas suculentas como as cactáceas (Cactaceae) e os catos

cujas suas adaptações consistem em possuir raízes superficiais,

muito longas e ramificadas, que permite o aproveitamento de

uma grande área de solo para absorção de água, reduzindo a

perda de água nas folhas, ou aumentando a quantidade de água

armazenada em seus tecidos. Nas plantas xerófitas (plantas que

resistem bem a condições de seca), a sua pele, ou cutícula

espessa e reduzida é constituída por grossas camadas de cera

que reduzem a perda de água por transpiração. Para além

destas, destacam-se ainda a abertura de estômatos, como

adaptações bioquímicas que, durante o dia, sob sol forte,


64

permanecem fechados para evitar a perda da água na forma de

vapor. O fecho ou abertura de estômatos obedece a um

controle hormonal efetuado por um ácido comum entre

plantas. Outro exemplo de adaptação ao clima refere-se à

fotossíntese, no qual, em dias de grande calor, plantas de clima

temperado realizam a fotossíntese com menor eficiência, ou

seja, apresentam uma queda na incorporação de CO2

atmosférico na produção de açúcar. Estes em geral, ainda

usufruem das suas nervuras, que lhe conferem a capacidade de

reflexão de calor e redução de evaporação de água. Esta

característica promove-lhe a possibilidade de áreas de sombra

para arrefecimento, à custa da sua superfície reduzida.

Fenómeno este, que se explica pela ocorrência de planos

alternados entre a incidência de luz solar nos catos (colocados

verticalmente) e as sombras provocadas pelas suas nervuras.

A espécie de catos designada por Echinocactus grusonii,

permite comprovar a funcionalidade das suas adaptações

físicas.

Outro caso semelhante trata-se da Euphorbia, que se protege

do calor/seca, através da sua superfície de cera dura. Estas

características poderão ser aplicadas, na conceção de edifícios

sujeitos a climas quentes e secos.

Árvore do quiver

Natural das regiões áridas, as árvores conhecidas por Quiver

Tree, revelam-se uma espécie muito resistente à seca e às

variações climáticas, podendo instalar-se em terrenos rochosos

e secos. Esta característica deve-se fundamentalmente à sua

estrutura, na qual possui folhas grossas suculentas que crescem

em rosetas, sendo ainda içadas a 20 pés no ar. Para além disso,

o seu tronco é ainda revestido por uma película branca que

reflete os raios solares, gerando pequenas escamas afiadas e

cortantes. Estas caraterísticas de adaptação, por parte desta

espécie, protegem-na das temperaturas elevadas a que estão


65

sujeitos, podendo ainda, ser aplicadas na captura e

transferência de radiação UV para aplicações fotovoltaicas,

refletores UV (integrado em janelas de edifícios),

revestimentos antirreflexo UV e em proteção solar.

Gazela de thomson

A gazela de Thomson possui um cérebro que arrefece graças à

troca de calor contracorrente, numa elaborada rede de vasos

sanguíneos (artéria carótida). Esta espécie habita na savana do

Leste Africano, onde é exposta a altas temperaturas e a predação

por grandes felinos. Daí, surgir a necessidade de desenvolver

uma estrutura de troca de calor contracorrente, que possa manter

a temperatura do seu cérebro mais baixa, do que a temperatura

do seu corpo. Esta importante característica poderá ser aplicada

como modelo de troca de calor na construção de edifícios.

Vidoeiro

Também as cascas de árvores são capazes de manter a sua

superfície ventilada, reduzindo absorção da luz solar e

maximizando a reflexão da mesma. Estas propriedades devem-

se principalmente aos taninos e criam condições ideais para o

controlo da temperatura radiativa. No entanto, as características

óticas de cascas de árvores não são o único fator considerado

como evolução, no que se refere ao equilíbrio térmico das

mesmas. Algumas cascas de árvores apresentam uma estrutura

semelhante às folhas de papel peeling, com elevado isolamento

térmico, como é o caso do vidoeiro.

Outras ainda possuem uma superfície muito áspera que

contribui para um maior número de áreas sombreadas. Outro

facto adicional, considerado em tal evolução, trata-se da

estrutura arredondada de árvores ramificadas, capaz de

minimizar a superfície em relação ao volume. Esta característica

permite que, grande parte da radiação solar não seja absorvida.

Tais propriedades poderão ser aplicadas em tintas e superfícies

de revestimento otimizadas na regulação térmica, através do

controlo da absorção da luz solar e da sua reflexão.


66

Caracol do deserto

O caracol do deserto tem a capacidade de sobreviver no deserto,

até temperaturas de 50°C, a qual se deve a alguns fatores e

propriedades inerentes ao caracol. A sua concha é de cor clara,

o que lhe permite refletir 95% da radiação incidente, a partir da

superfície do seu invólucro. Esta propriedade permite ao caracol

sobreviver ao calor do dia, uma vez que este se retira para a parte

superior da espiral, onde a temperatura é mais fria

(aproximadamente 50°C). A temperatura do ar pode chegar aos

45°C e a temperatura da superfície terrestre (substrato) aos

65°C, no entanto graças ao sombreamento e à elevada

refletividade, em combinação com a lenta condução do calor do

solo, o mesmo resulta numa temperatura de 60°C. Assim, o

fluxo do caracol na direção da baixa temperatura origina uma

almofada de ar isolante, que o separa da superfície do solo e

constitui mais um obstáculo ao fluxo de calor para o caracol.

Estas características poderão ser implementadas em projetos de

construção em climas quentes e desérticos.

Observando o quadro anterior e ponderando os objetivos principais do presente trabalho, foram

selecionados três dos mesmos casos para ser posteriormente analisados em detalhe.

Considerando o principal objetivo de estudo, o desenvolvimento de uma solução para

reabilitação de edifícios com base em materiais fibrosos a partir de conceitos biomiméticos,

foram estudadas as formas como diversos seres vivos respondem à variação térmica do seu

habitat a partir da sua estrutura física. De entre os vários seres vivos analisados e referidos

anteriormente, destaca-se o caso dos catos no deserto, dos pinguins na Antártida e, finalmente,

o caso do caracol do deserto. Os argumentos que levaram à seleção destes três casos passam

pela realização dos objetivos do presente estudo, em conjugação com a inovação de materiais

e a possível execução de estruturas mimetizadas. Inicialmente, pensou-se no caso do faisão-

australiano e nas formigas de madeira do sul, pela sua capacidade de gerar conforto térmico,

através da ventilação adequada e da conservação de calor, no entanto, estas espécies, tais como

outras referidas, possuem um mecanismo de termorregulação térmica dinâmico, o que tornaria


67

a execução da experiência bem mais complexa e duradoura. Os golfinhos de bottlenose, os

repolhos do skunk, a gazela de thomson e o besouro hércules, são quatro exemplos com

mecanismos importantes de termorregulação interna, contudo ainda requerem mais estudos

científicos acerca dos mesmos. O exemplo das árvores do quiver e das árvores de casca como

o vidoeiro, possuem estratégias muito interessantes de sobrevivência, embora não sejam

simples de se mimetizar. Outros casos muito interessantes, como o do esquilo numbat, das renas

polares e das ovelhas de merino, foram então ignorados pelo simples facto de não se tratarem

de sistemas de isolamento sob forma estrutural multicamada. Contrariamente, e em semelhança

ao urso polar, os pinguins da Antártida têm um sistema de termorregulação multicamada, isto

é, as suas penas de cor estratégica conferem-lhe isolamento em terra e são impermeáveis graças

a um óleo originado por uma glândula localizado na sua cauda, sendo que ainda existe, por

debaixo das penas, uma camada de gordura que lhe proporciona isolamento adicional. Este é o

motivo pelo qual exemplo dos pinguins foi selecionado. Apesar de não se tratar de um sistema

de isolamento multicamada, o caso do caracol foi escolhido por se tratar de um modelo já

considerado na execução de escadas em caracol, baseado na sequência fibonacci. Este despertou

então interesse, pela forma curiosa de como mantem a sua temperatura interna estável, nunca

atingindo o seu limite de sobrevivência, ainda que a temperaturas extremas. Exemplo este, que

demonstra a inexistência de quaisquer limites no que se refere à termorregulação de seres vivos.

O exemplo mais surpreendente e fascinante, talvez se refira ao caso dos catos no deserto, pela

sua relação entre as várias orientações das suas nervuras com a direção da incidência solar.

Quem diria inclusive, que os dispensáveis espinhos teriam uma função tão importante na

proteção contra a radiação solar. Tal como se pensava em relação aos espinhos, também as

nervuras aparentemente com a função apenas estética, são fundamentais na termorregulação

destas plantas. Estes são então, os motivos mais relevantes que levaram ao destaque deste

último exemplo, de entre os vários apresentados.

3.2 Modelos naturais de estudo

3.2.1 Catos versus ambientes desérticos

As mudanças climáticas são a maior ameaça ambiental do século XXI, com consequências

profundas e transversais a várias áreas, não apenas a nível económico, como social e

principalmente a nível ambiental. Neste sentido, é legítimo afirmar que as novas condições

climatéricas influenciaram a evolução dos seres vivos primogénitos, de forma a conseguir


68

adaptar-se às mesmas (Caldasso, 2012a). Tal como diversos seres vivos existentes, destaca-se

o caso das Cactáceas (Cactaceae) pela sua constante evolução em função do seu meio

envolvente. Os catos são plantas suculentas, contudo nem todas as plantas suculentas poderão

ser consideradas como catos. Este é o caso de aloés, agaves, fouquieria splendens (ocotillos) e

euphorbias que, devido à sua forma almofadada e espinhosa, são por vezes confundidos com

catos. Contudo, estes só poderão ser considerados catos nos casos em que as plantas produzam

a chamada flor, composta por pétalas, estames e estigma (Dimmitt, n.d.). Os catos estão assim

divididos em 50 famílias, entre as quais as Cactáceas, estas subdivididas em mais de 100

géneros e 1800 espécies (Caldasso, 2012b). As mesmas são provenientes de regiões desérticas

e semi-desérticas (de baixo índice pluviométrico) e poderão ser observadas desde o Canadá até

à região da Patagónia, assim como, em toda a América e ainda nas ilhas do Atlântico, Pacífico

e Caribe (Caldasso, 2012a). Ainda assim, diversas espécies (Figura 56) surgem em matas

tropicais húmidas, onde não existem épocas de seca. Posto isto, podemos referir que, os catos

possuem uma excelente habilidade em se adaptarem ao ambiente envolvente, uma vez que são

originários da América e já se encontram atualmente na Ásia e na Austrália (Caldasso, 2012b).

Figura 56 – Cactáceas (Lourenzo-Cáceres, 2015)


69

Cactáceas são então constituídas por caules suculentos e cilíndricos, com sulcos e relevos,

simples ou ramificados, constituindo uma diversidade de tamanhos e formas. A presença da

aréola, com aspeto de uma almofada de pelos e espinhos, é uma propriedade que a caracteriza

esta família de plantas. No caso das cactáceas com a superfície externa com costelas, estas

aréolas dispõem-se principalmente sobre elas, como também nas axilas das folhas ou nas

extremidades dos ramos e caules. A partir destas extremidades, podem então surgir novas

ramificações, folhas, flores, pelos e espinhos. Os espinhos são outra importante propriedade

dos catos, tratando-se de folhas alteradas, que se apresentam de diversas formas, tamanhos e

quantidade, dispondo-se sobre as aréolas de forma radial e central. No que diz respeito à sua

forma, estes podem ser delgados e maleáveis, idênticos às fibras de algodão/lã (fibras sedosas,

presentes nas extremidades dos caules, nas flores ou nos sulcos entre as aréolas) ou espessos e

robustos (semelhantes a um esporão), alinhados ou curvos e arredondados ou achatados. No

que se refere ao tamanho, também poderão ter desde pequenos milímetros até centímetros de

comprimento. A superfície externa dobrada estende-se ao longo da haste, sob a forma de pregas

(vulgarmente conhecida por “costelas”) separadas umas das outras por sulcos de profundidade

alternada. (Dimmitt, n.d.; Caldasso, 2012b). Estas pregas apresentam-se em quantidades e

formas variadas (lisas ou salientes, retilíneas ou curvas). As suas raízes são, em regra, finas

ramificadas e superficiais, dispondo-se por uma área relativamente extensa, o que permite a

captação de água existente no solo (Caldasso, 2012b).

Estes catos são mais vulgares em regiões semi-áridas, contudo existem espécies em desertos

extremamente áridos e em florestas tropicais húmidas, sendo que 300 destas espécies surgem

no Deserto de Sonora (Sonoran Desert). O Deserto de Sonora, também conhecido como Deserto

Gila e Baixo Deserto, localiza-se na América do Norte na fronteira entre os Estados Unidos e

o México. O mesmo encontra-se subdividido em cerca de sete subdivisões, das quais se destaca

o deserto Arizona Upland, pelo seu clima de geadas frequentes, onde apenas um cato com

características semelhantes às do cato colunar, Carnegiea gigantea, possui a capacidade de

resistir ao ambiente frio a que estão sujeitos (Dimmitt, n.d.).

Os cato saguaro (Carnegiea gigantea) é originário dos Estados Unidos da América e é quase

totalmente restrito ao sul do deserto de sonora, sendo a sua presença predominante no Arizona

Upland (Dimmitt, n.d.). Este é o cato mais estudado no deserto de sonora, pelo que a sua

ecologia será descrita com maior detalhe seguidamente.


70

3.2.1.1 Classificação científica

No que diz respeito à classificação científica, a espécie C.gigantea conhecida por saguaro pode

ser qualificada segundo o apresentado no Quadro 4.

Quadro 4 - Classificação científica dos catos saguaro (InfoJardin, n.d.)

3.2.1.2 Descrição anatómica/ adaptações ao meio envolvente

De características semelhantes às outras espécies de catos, saguaro (Figura 57) distingue-se

facilmente pela sua elevada altura. Segundo Dimmitt, saguaro é então considerado a maior

espécie de catos existente nos Estados Unidos, atingindo geralmente 12m (40 pés) de altura.

No entanto, existem ainda casos que alcançam os 18m (60 pés) de altura, sendo que já foi

observado um outro caso com 23.8m (78 pés) de altura (Dimmitt, n.d.).

Figura 57 - Saguaro (Carnegiea gigantea) (Blevins, n.d.)

Reino

Divisão

Classe

Ordem

Família

Género

Espécie

Classificação Científica

Plantae

Magnoliophyta

Magnoliopsida

Caryophllales

Cactaceae

Carnegiea

C. gigantea

Nome Binomial

Carnegiea gigantea


71

A pele (epiderme), ou cutícula espessa deste cato é constituída por camadas de cera que

reduzem a perda de água por transpiração (perda de vapor de água) e tornam a sua superfície

impermeável. As suas hastes cilíndricas possuem a sua superfície externa sob a forma de pregas

(“tipo acordeão”), vulgarmente chamados por “costelas”, que lhe permite expandir-se durante

a absorção de água sem ceder à rutura (Dimmitt, n.d.). Curiosamente o número de nervuras no

interior da planta corresponde exatamente ao número de pregas presentes na sua superfície

exterior (Saguaro National Park, n.d.). As aréolas encontram-se assim distribuídas, sob a forma

de intervalos, ao longo das arestas das costelas com 0.25m (1 polegada), onde a partir de cada

uma delas é produzida cerca de 30 espinhos (Figura 58). Estes são por norma, bem afiados e

rijos, exercendo um importante papel na produção de sombreamento, protegendo o cato da

elevada radiação solar, reduzindo assim a carga de calor e a consequente perda de água (Miller,

2011). Com base em análises de elementos de modelos ramificados, no seu estudo “Functional

morphology and biomechanics of branch–stem junctions in columnar cacti”, Schwager H, et

al., demonstram que a zona de ligação entre troncos-ramos, não se trata de uma região de

fragilidade estrutural, bem pelo contrário, trata-se de uma região de elevada resistência à torção

e à flexão. Esta ligação é até então considerada, uma adaptação anatómica, por parte de catos

colunares, por forma a melhorar e aumentar a funcionalidade e estabilidade das ramificações

(Schwager et al., 2013).

Figura 58 – Aréolas, espinhos e pelos/ramificações (Collins, 2001)

Por debaixo da sua pele, o cato possui uma camada constituída por células que contêm clorofila,

onde se realiza a fotossíntese (consumo de dióxido de carbono para produção de açucares e

hidratos de carbono). No seu interior, saguaro é ainda constituído por um tecido de

armazenamento de água, designado por córtex (Figuras 59 e 60). O mesmo localiza-se entre a

camada externa (epiderme) e o núcleo central de feixes vasculares, sendo constituído por células


72

indiferenciadas do parênquima e células corticais exteriores com cloroplastos (clorênquima)

(Cactuspedia, n.d.).

Figura 59 – Córtex (Deacon, n.d.)

Figura 60 – Córtex (Cactuspedia, n.d.)

Esta é uma importante propriedade da espécie de catos referida, uma vez que este é

maioritariamente constituído por água. Durante o dia, o calor sob a forma de radiação, é

absorvido através da superfície exterior e armazenado na massa interior do tecido, do que

resulta um aumento da temperatura interna do cato. É importante referir que, esta é mesma

inércia térmica que mantem os tecidos do cato a uma temperatura desejável, nas noites mais

frias de inverno (Dimmitt, n.d.). No entanto, dissipar água é uma outra forma do cato manter a

sua temperatura corporal adequada, um vez que a evaporação de água a partir da superfície das

folhas permite o seu arrefecimento. Dado que a água é um recurso, por norma, escasso em

ambientes desérticos, o seu desperdício funciona apenas como um mecanismo de arrefecimento

e aquisição de moléculas de CO2 para a posterior realização da fotossíntese (Miller, 2011).

Ainda assim, os catos saguaro possuem raízes superficiais (Figura 61), muito longas

(aproximadamente 0.6m) e ramificadas, que permite o aproveitamento de uma grande área de

solo para absorção de água (Dimmitt, n.d.).


73

Figura 61 - Raízes superficiais dos catos saguaro (Deacon, n.d.)

Saguaro pode ocasionalmente desenvolver uma anomalia, com forma grosseira e distorcida,

vulgarmente conhecida por “cristas” (Figura 62). Estas poderão ser causadas pelo seu elevado

tamanho, em conjunto com o contacto de gelo ou de insetos que interrompem o seu normal

crescimento (Dimmitt, n.d.).

Figura 62 - Cristas desenvolvidas em catos saguaro (Deacon, n.d.)

Cada espécie de catos possui o seu próprio mecanismo de sobrevivência, no entanto todas elas

partilham de adaptações semelhantes, ainda que, em diferentes espécies. Para tal, os catos

recorrem, à cor da sua pele, aos pelos e espinhos desenvolvidos, às glândulas de sal, ao seu

tamanho e forma física e até mesmo à sua orientação predominantemente vertical. Uma outra

forma que permite ao cato reduzir a sua absorção de radiação, passa pela sua reflecção através

de cores predominante claras (por ex. verde e cinza claro), cuja razão entre a quantidade de

radiação refletida e absorvida é elevada, ou seja, elevada reflectância e baixa absorção solar.

Segundo Miller, no seu estudo “How Plants Keep Their Cool”, as folhas verde escuras chegam

a absorver cerca de 85% da radiação incidente, enquanto que as espécies adaptadas ao clima


74

envolvente, absorvem menos de metade das anteriores (aproximadamente 30 a 40%). Existem

ainda, arbustos no deserto cujas folhas estão cobertas de pelos brancos, assim como, catos que

desenvolvem espinhos de cor amarelada e branca, sendo então, altamente reflexivos. No seu

estudo, Miller refere ainda que, a remoção dos espinhos do cato Ferocactus Cylindraceus,

originou um aumento da temperatura média superficial em cerca de 13.78 C, durante o dia. No

saguaro (cato colunar), estes são capazes de reduzir a carga térmica, à custa da baixa absorção

solar, originada pela reduzida superfície horizontal exposta aos raios solares, isto é, através da

orientação predominantemente vertical ao longo do dia (ver figura 48) (Miller, 2011).

Todos estes exemplos referidos, associados à estrutura física do cato, são pequenas adaptações

usadas pelos mesmos na sua sobrevivência face ao ambiente envolvente. Ainda assim, existem

poucos estudos experimentais com valores concretos acerca da temperatura da superfície de

saguaro.

3.2.1.2 Estudos/dados empíricos

No seu estudo ”Cactus surface temperatures are impacted by seasonality, spines and height on

Plant”, Drezner analisou as temperaturas da superfície de catos a partir dos seus sulcos

(ranhuras) e cristas, em diferentes alturas (acima do solo), em diferentes parques naturais

(Figura 63) (South Mountain Park e Kofa National Wildlife Refuge) e em estações do ano

opostas (Inverno e Verão).


75

Figura 63 – Localização dos dois parques estudados (Drezner, 2011)

Drezner pretendeu com esta investigação, obter a resposta às seguintes questões: Qual a

diferença de temperatura na superfície de sulcos e cumes; Qual seria esta mesma diferença mas

em alturas diferentes, acima do solo; Qual a diferença de temperatura na superfície de sulcos e

cumes em orientações diferentes (ensolarado ou sombreado) e Qual seria esta mesma diferença

mas em estações do ano apostas (Verão/Inverno). Para tal, recorreu a dois métodos distintos,

um método de campo (termômetro infravermelho (IRT)), por forma a determinar a temperatura

e a um método estatístico (ANOVA), com o intuito de obter o valor da temperatura entre cumes

e sulcos a diferentes alturas. Com a utilização destes, Drezner obteve diversos resultados, do

qual, gerou uma discussão de eventuais motivos dos mesmos. Deste modo, observou-se uma

temperatura mais elevada na parte mais baixa (aproximadamente 0.5m) dos catos saguaro,

sendo a mesma mais evidenciada no verão. Esta diferença de temperatura face à sua altura deve-

se ao calor emitido a partir do solo. Dados referentes aos sulcos e cumes, demonstram que a

temperatura nos mesmos é mais alta ao sol, e mais baixa à sombra, sendo que a temperatura no

cume é mais moderada do que nos sulcos em ambos os parques e estações, uma vez que, os

cumes estão mais expostos ao vento durante o dia. Comparando a temperatura registada em

locais mais ensolarados ou sombreados, o método ANOVA demonstra que este diferencial de

temperatura se intensifica em diferentes estações, sendo o mesmo mais elevado na estação de


76

inverno em Kofa. Esta característica observada, justifica-se pela presença de costelas que

permitem a redução de temperatura superficial do cato, por convecção, quando associado à

forma cilíndrica do mesmo. Também as cristas dos catos saguaro, apresentaram uma

temperatura mais moderada, em relação à dos sulcos, devido à presença de espinhos sobre as

nervuras, resultando assim num aquecimento no inverno e num arrefecimento no verão. Já as

costelas são mais fechadas e as ranhuras mais profundas no lado orientado a sul, para além de

que os espinhos fornecem sombra ao cato principalmente pela sua orientação sul. Assim, os

espinhos ajudam no engrossar da camada limite em torno das nervuras (relevos), o que só por

si promove este padrão de moderação térmica. Outro importante fator para as tendências

observadas, trata-se da orientação solar (Figura 64) da própria haste do cato colunar. Durante o

inverno as hastes são perpendiculares ao solo e o raios incidem diretamente nas mesmas, devido

a um ângulo de incidência menor, quando comparado com o de verão que, resulta da radiação

direta, praticamente paralela à haste do cato (Drezner, 2011).

Figura 64 - Incidência solar (Hönel, 1997)

Deste modo, uma unidade ao quadrado de radiação solar é distribuído por uma área maior da

haste na época de verão, sendo o sombreamento provocado pelos espinhos consequentemente

maior. Face a esta orientação, os catos saguaro tem uma superfície pequena em relação ao seu

volume, pelo que tendem a absorver menos radiação e por sua vez a dissipar menos pelo

processo de propagação de calor (convecção). Esta caraterística vem contrariar a incapacidade

por parte do saguaro em se curvar/inclinar, devido à sua elevada altura. Ainda assim, e apesar


77

da sua haste estar alinhada em direção da radiação solar, o facto de possuir uma superfície de

área pequena, permite uma menor incidência solar ao longo de ramificações do cato. Os catos

saguaro conseguem ainda, diminuir o seu escurecimento epidérmico à custa da sua epiderme e

hipoderme que conferem proteção à clorênquima (parênquima fotossintetizante) da radiação

UV. Assim, para além da sua reduzida superfície, também a epiderme é um importante fator na

interceção da radiação solar, pelo que nos catos saguaro, a epiderme é ainda bastante mais

espessa que em outros catos. Com esta discussão de resultados, Drezner pode ainda concluir,

de uma forma geral, que as temperaturas sentidas na superfície dos catos saguaro varia com a

sua forma cilíndrica e vertical, sendo que a radiação a partir do solo também poderá ser

responsável pela sua elevação de temperatura. Contudo, os catos saguaro usufruem de

determinadas propriedades que lhes permite reduzir a incidência de radiação solar, tais como a

orientação, a presença de costelas e espinhos e ainda sua espessa epiderme (Drezner, 2011).

3.2.2 Pinguins versus sobrevivência na Antártida

À margem do mar gelado da Antártida são avistados diversos animais selvagens, desde orcas,

pinguins, focas, assim como, algumas espécies de aves como o caso da andorinha-do-mar-ártica

(Sterna Paradisaea), entre outros. Todos eles desenvolveram adaptações (comportamentais,

físicas e químicas) essenciais para a sua sobrevivência face ao ambiente hostil a que estão

sujeitos. As mesmas explicam a inexistência de determinados organismos, como anfíbios,

répteis e árvores de grande porte em ambientes severos. Adaptações comportamentais são

comuns entre organismos sujeitos a ambientes com temperaturas extremas, como é o caso de

certos pássaros (ex. andorinha-do-mar-ártica) e baleias que migram da região ártica durante o

inverno, procurando as águas mais quentes da Antártida, durante o verão no hemisfério sul. Já

adaptações químicas podem ser observadas em alguns peixes, como o caso dos que possuem

proteínas anticongelantes, ou seja, possuem a capacidade de reduzir o ponto de congelamento

do seu sangue. Certas adaptações físicas e químicas são mais difíceis de detetar, como por

exemplo, as orcas e pinguins que possuem sistemas circulatórios adaptados à conservação de

calor, assim como, plantas e líquenes que possuem folhas com estruturas que impedem a perda

de humidade e aumentam a taxa de fotossíntese mas com temperatura inferiores. Ainda assim,

existem adaptações facilmente observáveis, como o caso dos pinguins, constituídos por

camadas de pele externas com pelos e penas densas altamentes impermeáveis à água, em

conjunto com uma espessa camada de gordura que lhe confere isolamento térmico. Para além

disso, é ainda observável uma coloração alternada entre o preto (nas costas) e branco (no peito),


78

que lhe confere simultaneamente o aumento de absorção solar, por parte do dorso, e a facilidade

de camuflagem, perante os seus predadores. (Stephanie, 2002).

Pertencente a um conjunto de 17 espécies distintas (em peso, tamanho e forma) de pinguins

(Rossi 2012), destaca-se o pinguim imperador (Aptenodytes Forsteri) por ser o maior de todos

eles e por ser provavelmente o que enfrenta condições térmicas mais extremas, quando

comparados com qualquer outro animal de sangue quente na Terra (Ward, n.d.b; n.d.c). Isto é,

o pinguim imperador é assim, o mais alto e mais pesado de toda a espécie de pinguins que

habita na Antártida. Macho e fêmea são semelhantes na sua plumagem e em tamanho, com

altura superior a 1 m, chegam a pesar entre 22 a 45kg (PERSEO, 2010). A segunda maior

espécie, com cerca de 5 kg e 11cm em altura, distribuem-se pelo sul do continente e ilhas

subantárticas. Falamos então de pinguins-de-adélia (Pygoscelis adeliae) (Ward, n.d.b). O

menor dos pinguins é o pequeno pinguim azul (Eudyptula minor), com menos de 10cm de altura

e com apenas 2.5kg. Apesar das suas diferenças físicas, todas as espécies de pinguins gozam de

adaptações/aprimoramentos associadas às necessidades do mar (natação), assim como, ao

alcance do seu conforto térmico (New England Aquarium, n.d.). Talvez por isso, pinguim

imperador seja a única ave que nunca colocou os pés em terra (Ward, n.d.b) pelo que a sua

presença seria algo a estranhar, dado que a sua estrutura física é considerado um avanço perfeito

para a sua sobrevivência num sistema subaquático (New England Aquarium, n.d.).

Seguidamente, verifica-se uma descrição mais detalhada da espécie em destaque, o pinguim

imperador.


No que diz respeito à classificação científica, a espécie Aptenodytes Forsteri pode ser

qualificada segundo o apresentado no Quadro 5.


79

Quadro 5 - Classificação científica do pinguim imperador (Cicco, n.d.)


A temperatura no inverno antártico pode chegar abaixo dos -30C, com a velocidade do vento

até 144km/h e uma temperatura do mar abaixo de -1.8C (PERSEO, 2010). Uma vez que

habitam cerca de 75% das suas vidas nas águas frias que circundam a Antártida, pinguim

imperador (Aptenodytes Forsteri) (Figura 65), tal como outras espécies estão completamente

adaptados às temperaturas negativas a que estão diariamente sujeitos. Suas patas são palmadas,

para uma maior velocidade debaixo de água e a sua visão é melhorada em relação à verificada

em terra. Com asas demasiado pequenas para o seu peso corporal, pinguim imperador, não está

habilitado a voar, mas sim a viver e mergulhar na água, uma vez que possuem elevados níveis

de mioglobina que, por sua vez, lhes permite a reserva de oxigénio durante os seus longos

mergulhos. Além disso, os seus ossos não são ocos, sendo assim, demasiado pesados para o

voo e apropriados ao mergulho. Ainda assim, as asas dos pinguins imperadores são fortes e

funcionam perfeitamente como remos, impulsionando, debaixo de água, o seu corpo, não

funcionando somente no mar. Pinguins tem corpos redondos e curtos, que limitam a perda de

calor em comparação com outros corpos aerodinâmicos mais longos, faces planas com

almofadas de gordura nos seios e narizes estreitos que auxiliam no aquecimento do ar inspirado

antes de chegar aos pulmões. Estas características fornecem, do total da sua massa corporal,

uma superfície mínima exposta e sujeita à perda de calor, protegendo ainda os seus pulmões e

cérebro do ar frio (On the Wallaby, 2008). Os pinguins possuem ainda uma membrana,

conhecida por “terceira pálpebra”, tratando-se de uma clara cobertura que protege os seus olhos

de uma eventual lesão. A sua cauda curta com duras penas, conjuntamente com as suas patas,

Reino

Divisão

Classe

Ordem

Família

Género

Espécie

Spheniscidae

Aptenodytes

A. forsteri

Nome Binomial

Aptenodytes forsteri


Animalia

Chordata

Aves

Sphenisciformes


80

permite-lhes equilibrar-se em terra, sob a forma de um tripé. Esta característica tem ainda outra

vantagem, mas desta vez, a nível térmico, dado que a superfície de contacto com o chão gelado

é reduzida e não existe fluxo sanguíneo nesta zona, então não existirão perdas de calor pela

mesma (Ward, n.d.c). Deste modo, o facto de os pinguins não possuírem isolamento nas

nadadeiras e nas patas não é propriamente um problema, pois estes usufruem de um sistema

contracorrente que transfere o calor dos vasos sanguíneos para as suas patas, chegando às

mesmas com menor temperatura, evitando assim, uma maior perda de calor. Este é um processo

semelhante ao executado pelas suas narinas, de forma a conservar calor interior

(PenguinScience, n.d. & Ward, n.d.c).


81

Figura 65 – Ficha-resumo das características do pinguim imperador (Rossi, 2012)

Para além de características como um pescoço curto e uma cabeça pequena, que protege o

pinguim do frio, dado que reduz a superfície de perda de calor, pinguim imperador possui ainda


82

várias adaptações ao frio, sendo suas principais "armas", as penas otimizadas a um meio

subaquático e a densa camada de gordura corporal (Paulo, 2010). Sobre toda a superfície da

pele, as suas penas curtas e densas (aproximadamente 15 penas por cm2) (Figura 66) fornecem

cerca de 80-90% de isolamento ao pinguim (PERSEO, 2010). Este é um modelo de isolamento

considerado dinâmico, cuja função principal é proporcionar um bom isolamento à água e vento

(praticamente impermeável) (AskNature, 2012). Estas mesmas penas organizam-se de uma

forma muito original, elas sobrepõem-se entre si (“como telhas”) (Figura 67), formando uma

superfície densa praticamente impermeável ao vento e à água (Ward, n.d.c). Existe ainda uma

camada adicional de isolamento que se forma entre as penas e a pele do pinguim, isto é, uma

camada interior (entre o exterior e o corpo do pinguim) sob a forma de “pelo felpudo” que

aprisiona o ar quente contra a pele, evitando que este se disperse. Esta camada mais profunda é

assim, formada por pequenas penas, criando uma rede ordenada que gera espaços de calor

aprisionado. Graças a um músculo interligado ao eixo das penas exteriores, estas podem

comprimir-se ou erguer-se consoante a proteção necessária, constituindo, desse modo, um

mecanismo de isolamento dinâmico (AskNature, 2012).

Figura 66 – Estrutura das penas do pinguim imperador (Eggermont, 2012b)


83

Figura 67 – Distribuição das penas do pinguim imperador (Eggermont, 2012a)

As penas são ainda revestidas com um óleo a partir de uma glândula próxima da cauda, que

permite o aumento da impermeabilização. Uma camada espessa de gordura sob a pele

proporciona um isolamento adicional contra as baixas temperaturas do ar e água.

Provavelmente este não é um isolamento suficiente por si só, contudo, em conjunto com a

camada de penas exteriores e a camada de ar comprimido, o isolamento estará assegurado.

Assim, a camada de ar aprisionado é comprimido durante os mergulhos, no entanto, poderá

dissipar-se, após um mergulho prolongado, pelo que a responsabilidade de isolamento será

suportada pela camada sub-adiposa (Ward, n.d.c). Deste modo, as penas externas formam a

primeira barreira de termorregulação, em contacto direto com o exterior, reduzindo a perda de

calor pelo mesmo. A sua pele espessa e a camada de gordura formam a segunda barreira,

contribuindo para uma total impermeabilização e isolamento (Figura 68) (Mayorga, 2010).

Figura 68 - Adaptação da plumagem saudável de um pinguim (Mayorga, 2010)

Quando ocorrem falhas de penas externas e de plumas, o corpo do pinguim consome as reservas

de gordura e até musculares que possui, por forma a manter a sua temperatura corporal.


84

Contudo, uma dieta rica em peixe com gorduras auxilia na otimização da sua termorregulação.

Pelo contrário, a escassez dos alimentos, em conjunto, longas falhas de penas e plumas, origina

que o corpo do pinguim consuma todas as reservas energéticas, levando-o à sua morte (Figura

69) (Mayorga, 2010).

Figura 69 - Adaptação das falhas de plumagem de um pinguim (Mayorga, 2010)

Os pinguins imperador têm assim uma plumagem bastante interessante que os distingue dos

restantes pinguins (apesar das semelhanças com o Pinguim Rei (Aptenodytes patagonicus)),

desde a sua mancha dourada no pescoço e alaranja na zona de ouvido, o bico comprido e fino

e ainda a mancha lateral clara e preta. Esta também é considerada uma “dupla” adaptação, pois,

enquanto que a coloração negra o oculta pela sua semelhança com o fundo negro de mar, a sua

barriga branca faz com que se confunda com o gelo que o rodeia durante os seus mergulhos.

Para além disso, o seu dorso preto capta a radiação solar, aumentando a sua temperatural

corporal (New England Aquarium, n.d.). Os pinguins podem inclusive nadar, efetuar

caminhadas, realizar tremores e até amontoar-se em grandes grupos da sua espécie (Figura 70),

como mecanismo de aumento de metabolismo que, por sua vez, adicionará um incremento

significativo de temperatura (PERSEO, 2010).


85

Figura 70 – Amontoamento de pinguins (Blog do M@rcondes, 2014)

Em terra e em dias de temperatura elevada, o superaquecimento poderá ser um problema, pelo

que pinguim imperador possui algumas adaptações que lhes permite arrefecer o corpo, sempre

que necessário. O seu sistema circulatório está apto a conservar/libertar calor, de modo a manter

a sua temperatura corporal equilibrada. Eles afastam as suas nadadeiras do seu corpo, expondo-

as ar fresco e erguem as suas penas, libertando a camada de ar quente isolante, entre as penas e

a pele. Como qualquer animal, os pinguins podem ainda mover-se para áreas sombreadas, de

maneira a arrefecer e baixar a temperatura do seu corpo (Ward n.d.c & PERSEO 2010).

O ambiente antártico é um ecossistema com diversas adaptações, por parte de seres vivos que

lá habitam. A sua teoria de sobrevivência pode inspirar cientistas em novos progressos, mesmo

em diferentes áreas. Neste sentido, está a ser desenvolvido uma investigação em peixes na

Antártida, com o intuito de criar proteínas anticongelantes que irão preservar órgãos humanos

para transplantes (PERSEO, 2010). Bioengenheiros estão a avaliar as propriedades estruturais

e mecânicas das penas de pinguins, com a finalidade de desenvolver materiais isolantes mais

eficazes, com a capacidade de se autorregenerar (On the Wallaby, 2008). Pinguins imperador,

estão ainda a ser estudados pela sua capacidade em aumentar o armazenamento de oxigénio no

seu organismo, pela aptidão à tolerância de efeitos de pressão e baixos níveis de oxigénio no

seu corpo, entre outros (Ward, n.d.c).


Pinguins imperador (Aptenodytes Forsteri) são capazes de sobreviver em ambientes extremos,

graças às suas adaptações (fisiológicas, anatómicas e comportamentais), especializadas na

conservação de calor. Contudo, a hipótese prevê que a perda de calor metabólico se deve

maioritariamente à transferência radioativa e convectiva, levando ao arrefecimento do seu


86

corpo. No seu estudo, “Emperor penguin body surfaces cool below air temperature”,

McCafferty et al., pretendia determinar a variação da temperatura superficial em diferentes

pinguins e prever a direção e magnitude dos fluxos de calor em diversas partes do corpo, de

modo a compreender qual a influência do clima sobre a espécie estudada. Para tal, foram

registadas imagens térmicas numa colónia de reprodução pertencente a Pointe Géologie em

Terra Adélia, Antártida de 4 a 29 de Junho de 2008. P25 FLIR Systems e K10 Pentax foram as

máquinas utilizadas na captação de fotografias digitais e infravermelhas, a uma distância

mínima de 10m. A temperatura do ar (C), humidade relativa e velocidade do vento (m.s-1)

foram registadas numa colônia com 1 m de altura na estação meteorológica de Dumont

d’Urville. A temperatura média superficial das diferentes partes do corpo foi determinada

através do software ThermaCAM Reporter V.7.0, especializado na análise de imagem. Já a

temperatura superficial do gelo foi obtida a partir da média 3 medições pontuais. Para avaliar a

direção e magnitude do fluxo de calor em diferentes partes do corpo, foi utilizado um modelo

de transferência de calor. Finalmente, todas as estatísticas foram registadas usando o software

IBM SPSS V.19. Com recurso aos mesmos, McCafferty et al. obtiveram variados resultados

(Figura 71), do qual gerou uma discussão de eventuais motivos dos mesmos. Deste modo,

observou-se uma diferença significativa de temperatura entre as diversas partes do corpo, pois

ainda que, as temperaturas nas partes dorsal e do ventre fossem semelhantes (inferiores à

temperatura ambiente), estas foram mais baixas em relação à cabeça, nadadeiras e patas

(superiores à temperatura ambiente). Ainda assim, as imagens revelaram que todas estas

superfícies exteriores apresentaram temperatura abaixo de zero, à exceção da zona dos olhos

(McCafferty et al., 2013).

Figura 71 – Adaptação das imagens térmicas dos pinguins imperadores (McCafferty et al.,

2013)


87

Este fenómeno deve-se ao extremo arrefecimento superficial radioativo, à medida que a

temperatura é inferior à envolvente exterior. Assim e de um modo geral, o modelo de

transferência de calor demonstrou que a perda de calor decresceu segundo a ordem: corpo

(tronco), cabeça, nadadeiras e patas. Por conseguinte, em média, 50% do calor metabólico é

perdido através do tronco, 40% a partir da cabeça, nadadeiras e patas, sendo que os restantes

10% são perdidos por calor latente. No entanto, a perda de calor nos pinguins é minimizada

graças à sua espessa plumagem, ao ar isolante entre a pele e as penas exteriores e ainda à camada

de gordura, que lhe confere um excelente isolamento. Para além disso, também os sistemas de

intercâmbio em contracorrente e o bom isolamento por parte dos vasos sanguíneos, previne a

perda de uma maior quantidade de calor interior. Porém, mesmo com uma eventual alteração

do aquecimento ambiente, a temperatura da pele do pinguim não iria sofrer variações

significativas, pelo fato da mesma possuir uma baixa condutividade térmica. Com tudo isto e a

partir das imagens térmicas obtidas, McCafferty et al., puderam ainda concluir, de uma forma

mais generalizada que, a temperatura superficial e o balanço de energia dos pinguins dependem

particularmente da variação do seu isolamento e da sua interação com o meio.

Salienta-se ainda outro estudo, também este realizado em Pointe Géologie, Terra Adélia,

Antártida, com o intuito de estudar a função de termorregulação de uma colônia de reprodução

de pinguins imperador. Neste sentido, foram analisadas em laboratório cerca de 9 fêmeas com

30kg, na estação de meteorológica de Dumont d’Urville, num dia de inverno, de forma a

compreender o seu impacto sobre a reprodução. A determinação do gasto de energia e

temperatura corporal (da pele) foi obtida a partir de um método de calorimetria indireta através

de uma câmara com termostato, variando a sua temperatura (de 10C a -40C). Os seus tremores

(de aquecimento corporal) foram avaliados por um método que permite quantificar a atividade

física, a acelerometria. Por fim, todos os resultados obtidos foram registados em formato digital.

De entre os vários valores adquiridos, foi possível observar que a taxa metabólica se manteve

constante dentro do intervalo de 10C a -10C, enquanto que a temperatura da pele diminui

com a redução de temperatura ambiente, ao contrário da temperatura das suas patas que se

manteve alta, graças a um ajuste da sua postura corporal. Observou-se ainda que a sua atividade

metabólica era elevada, sendo que à temperatura de -40C os seus tremores aumentaram cerca

de duas vezes mais. Com o estudo, “Thermoregulation In Female Emperor Penguins”,

Duchamp et al., puderam concluir que a forma física do pinguim, assim como, as suas


88

adaptações (físicas e metabólicas), contribuem em muito para a sua termorregulação eficiente,

sendo este um parâmetro fundamental para a sua sobrevivência (Duchamp et al., 2001).

3.2.3 Caracol do deserto

Formados a partir de um processo de desertificação do solo, os desertos são uma região onde

ocorre pouca quantidade de precipitação e pouca vegetação é desenvolvida, ao longo do ano.

Os solos são assim pouco férteis e formados, maioritariamente, por areia e rochas. Em virtude

desta situação climática, a sua humidade é bastante reduzida, o que torna a vida de seres vivos

praticamente insustentável. Uma das características que os designa é a disparidade da

temperatura ao longo do dia, isto é, durante a manhã e tarde as temperaturas tendem a ser

demasiado elevadas, enquanto que, durante a noite são bastante reduzidas (cerca 40, 50 C mais

baixas), apontando assim para uma amplitude térmica muito elevada. Situação esta, que devido

ao facto de existir pouca vegetação no deserto, origina falta de proteção contra a radiação

incidente ao longo dia e promove a perda acentuada da mesma durante a noite. De entre os

vários desertos existentes no planeta, destaca-se o deserto do Saara, por ser o mais quente de

todos, com temperaturas superiores a 130C (Desert Animals, n.d.). Este localiza-se no norte

de África, onde existe uma elevada variedade de plantas e animais, todas elas adaptadas às

temperaturas que se fazem sentir no seu habitat. Aves e mamíferos de grande porte migram ao

longo das planícies e para montanhas, por forma a escapar às temperaturas elevadas. Já os

serves vivos de pequeno porte não podem migrar, pelo que se deslocam para locais mais

sombreados, de modo a regular a sua temperatura interior. Roedores, invertebrados e cobras

passam dias em cavernas, evitando assim o calor ao longo do dia. Os seres vivos com

metabolismo elevado reduzem a sua atividade, descansando em locais mais sombreados nas

horas de temperatura mais elevada (Defenders of Wildlife, n.d.). No caso de caracóis, estes

podem hibernar e estivar, no entanto possuem ainda outras características, como a sua concha

em espiral de cor clara, que o protege do calor extremo e lhe conserva humidade. Caracol é um

termo comum aplicado a qualquer molusco com capacidade de se retrair dentro da sua concha,

pertencente à espécie gastrópede (Parker, n.d.). Existem 43mil espécies de caracóis que habitam

no ar, em água doce ou em terra. Todos eles pertencentes ao grupo de moluscos, o Filo

Mollusca. Este é o segundo filo com a maior diversidade de espécies, depois dos Artrópodes.

O primeiro molusco residiu milhões de anos no fundo mar, no entanto, anos mais tarde mudou-

se para terra, onde desenvolveu um novo mecanismo de respiração, através de pulmões, em vez

de brânquias. Deste modo, os caracóis aprenderam a viver em terra, e sendo então observados

http://pt.wikipedia.org/wiki/Esp%C3%A9cie

http://pt.wikipedia.org/wiki/Arthropoda


89

em desertos, nos trópicos, a nível do mar e até em montanhas, excecionando-se em clima de

geada, nomeadamente na Antártida. Estes são então vulgarmente encontrados em terrenos

rochosos íngremes, pântanos, florestas, lagoas, quintais, mais especificamente em flores, hortas,

pedras, troncos de árvores, fendas, isto é, em zonas com determinada humidade onde possam

escapar ao calor extremo, frio e secura do ambiente do deserto. A principal característica de um

caracol é a sua concha, que o protege de predadores, das temperaturas envolventes elevadas e

ainda lhe conversa humidade. Por outro lado, a mesma reduz a sua capacidade em se deslocar,

o que condiciona o seu tamanho em ambiente terrestre, face ao aquático. Com pouco menos de

10cm, o maior caracol terrestre é talvez o observado nos EUA, o lesma-banana (Ariolimax

Columbianus), sendo que de entre os menores caracóis encontra-se casos como o Ammonicera

Rota, presente no território português ou o Partula Rosea desenvolvidos numa zona restrita da

Polinésia Francesa. Os caracóis são assim muito distintos (Figura 72) no que se refere à sua

forma (nº de bandas, voltas e cumes), tamanho (altura e largura), revestimento (lisos ou rugosos)

e cor (geralmente em tons de branco, cinza, castanho e amarelo) (Welcome Wildlife, n.d.).

Figura 72 – Diversidade de moluscos (Biodiversidade, 2010)

Estes possuem ainda uma concha única (univalva), de espessura significativa, construída

em três camadas, mais especificamente, eles beneficiam de uma camada interna lisa e

brilhante, designada por hypostracum, uma camada intermédia altamente calcificada conhecida

por ostracum, e uma extraordinária camada externa, fundida numa mistura de proteínas que

mantêm a sua coloração. Durante o seu desenvolvimento, a concha do caracol passa por várias

fases, sendo a mais complexa denominada por torção. A mesma trata-se do sentido de formação

da concha que define a sua posição final, ou seja, a concha é torcida desde o seu ápice até a sua


90

abertura, podendo ser no sentido horário (torção para a direita e mais comum) ou no sentido

anti-horário (torção para a esquerda) (Figura 73) (Welcome Wildlife, n.d.).

Figura 73 – Adaptação de uma concha retorcida no sentido horário (Turma C11, 2006)

Os caracóis, de um modo geral, têm um corpo suave e repartido em três porções: a cabeça,

o pé e a massa visceral (sistemas digestivo, excretor e órgãos reprodutivos). A massa

visceral é ainda coberta pelo "manto", um órgão semelhante à pele que reveste o interior

do reservatório e segrega o carbonato de cálcio para a constituição da concha. No caso das

lesmas, estas apenas possuem um pequeno manto em torno do seu corpo. O cérebro caracol

é, no entanto, muito simplificado em relação a outros animais, apesar que estão aptas a

formar memórias de longo prazo. A sua boca inclui uma língua única, designada rádula,

ainda com dentes constituídos por quitina. Ao contrário de diversos animais, estes apenas

possuem um pulmão que permite a sua respiração a nível terrestre. São ainda constituídos

por dois pares de apêndices e por um par de tentáculos de extrema importância. Es tes

movem-se por meio de um grande e muscular pé, localizado na parte inferior do seu corpo,

que contém um muco, por este produzido, de forma a facilitar o seu deslizamento sobre

superficies lisas ou rugosas (Figura 74). Esta propriedade, não é mais do que uma

adpatação por parte do caracol à vida terrestre, sendo que são ainda observadas outras neste

sentido (Welcome Wildlife, n.d.).


91

Figura 74 – Corpo do caracol (Q.I. Educação, 2013)

Como o deserto do Saara compreende parte de países e territórios como a Argélia, Egito, Líbia,

Mali, Marrocos, Sudão e Tunísia, entre outros, destacam-se as espécies Sphincterochila

prophetarum e Sphincterochila boissieri por ambas pertencerem à classe Gastrópode, sendo as

mesmas originárias do território egípcio. Estas usufruem de interessantes e idênticas

características físicas, as quais serão mais à frente abordadas.


No que diz respeito à classificação científica, as espécies Sphincterochila prophetarum e

Sphincterochila boissieri poderão ser qualificadas segundo o apresentado nos Quadros 6 e 7,

respetivamente.


92

Quadro 6 - Classificação científica da espécie Sphincterochila prophetarum (World Public

Library, n.d.b)

Quadro 7 - Classificação científica da espécie Sphincterochila boissieri (World Public

Library, n.d.a)


Ambas as espécies, S. prophetarum (Figura 75) e S. boissieri (Figura 76), pertencem à família

Sphincterochilidae e poderão ser encontradas no deserto em Israel e no Egito. As suas conhas

são brancas, rígidas, em forma ligeiramente convexa, com baixa condução de calor na superfície

corporal (World Public Library, n.d.a; n.d.b). O diâmetro de abertura da espécie S. prophetarum

é de 14mm, com uma altura de 8mm), sendo o diâmetro da espécie S. boissieri superior ao

anterior, apresentando em média 25mm (Solem & Bruggen, 1984).

Reino

Divisão

Classe

Ordem

Família

Género

Espécie

Sphincterochilidae

Sphincterochila

S. prophetarum

Nome Binomial

Sphincterochila prophetarum


Animalia

Mollusca

Gastropoda

Helicoidea

Reino

Divisão

Classe

Ordem

Família

Género

Espécie

Sphincterochilidae

Sphincterochila

S. boissieri

Nome Binomial

Sphincterochila boissieri


Animalia

Mollusca

Gastropoda

Helicoidea


93

Figura 75 – Sphincterochila prophetarum (Bourguignat, 1852)

Figura 76 - Sphincterochila boissieri (World Public Library, n.d.a)

De um modo geral, os caracóis terrestres tem comportamentos que lhes permite sobreviver às

condições de temperatura a que estão diariamente sujeitos. Habitualmente diminuem a sua

atividade ao longo dia, sendo mais ativos à noite, quando a humidade é superior e a temperatura

exterior mais tolerável. Ainda assim, eles movimentam-se ao longo dia, em dias de chuva e

húmidos, pois, caso contrário, muitas espécies hibernam no sentido de se proteger das

temperaturas elevadas. Durante a sua fase de hibernação, o coração dos caracóis desacelera,

diminuindo uma percentagem significativa de oxigénio consumido. Para além disso, a maioria

das espécies enterram-se na areia de 1cm a 10cm de profundidade, retraindo-se para o interior

da sua concha, onde podem ficar em fase de estivação (semelhante à hibernação mas com sono

menos profundo) durante longos anos. Para tal, selam a sua abertura com um muco seco

(Epiphragm), em forma de parede que provoca sombreamento (Figura 77) (Welcome Wildlife,

n.d.).


94

Figura 77 - Exemplo de um epiphragm (Helix pomatia) (Upton, 2009)

Para além das mesmas, existem ainda outras características adaptativas, fundamentais para a

sobrevivência de caracóis no deserto. Neste sentido, considerando as duas espécies referidas

anteriormente, destaca-se mais concretamente, a espécie S. boissieri, pelas suas adaptações às

condições climáticas do deserto. As mesmas encontram-se comprovadas no estudo “Desert

snails: problems of heat, water and food”, por parte de Schmidt-Nielsen et al.. Segundo este

estudo, a termorregulação dos seres vivos não tem quaisquer limites. No caso da espécie S.

boissieri estudada, esta possui a capacidade de sobreviver no deserto, até temperaturas de 50°C,

sendo acima dos 55°C temperaturas letais. Esta capacidade deve-se às propriedades específicas

do caracol. A sua concha é branca, o que lhe permite refletir 95% da radiação incidente, a partir

da superfície do seu invólucro. Tal propriedade permite ao caracol sobreviver ao calor do dia,

uma vez que este se retira para a fração superior da espiral, onde a temperatura é mais baixa

(aproximadamente 50°C). A temperatura do ar pode chegar aos 45°C e a temperatura da

superfície terrestre (substrato) aos 65°C, contudo graças ao sombreamento e à elevada

refletividade, em combinação com a lenta condução do calor do solo, o mesmo resulta numa

temperatura de 60°C. Assim, o fluxo do caracol na direção da baixa temperatura origina uma

almofada de ar isolante, que o separa da superfície do solo e constitui mais um obstáculo ao

fluxo de calor para o caracol (Schmidt-Nielsen et al., 1971).Tal princípio poderá ver analisado

na Figura 78.


95

Figura 78 – Principio biológico do caracol no deserto (Hooker, 2012)

3.2.3.3 Simetria helicoidal

A concha de qualquer molusco poderá ser classificada como univalva (ex. caramujos) (Figura

79) ou bivalva (ex. ostras, ameijoas), à exceção das lemas e polvos que não têm concha. No

caso da classe Gastropoda, mais propriamente do caracol terrestre, a sua conha é univalva,

sendo então constituída por uma única peça em forma de espiral, provida de uma cavidade

ampla e helicoidal. Ao contrário da conha bivalva, a concha do caracol não possuí valvas que

se articulam por uma borda, sendo então movimentadas por músculos que promovem o seu

fechamento ou abertura (Brites, 2009). Para tal, estes recorrem ao chamado Epiphragm (muco),

já referido anteriormente.

Figura 79 - Exemplos de conchas univalves (Conniff, 2011)


96

Simetria encontra-se omnipresente no mundo dos seres vivos, sendo classificada como bilateral,

radial, rotacional, diedro, translacional, helicoidal e fractal. Os variados organismos vivos

apresentam distintos modelos de simetrias, mas igualmente relacionadas com a matemática. Por

exemplo, certos vertebrados tem simetria bilateral, as algas exibem uma simetria translacional,

algumas colónias bacterianas e fúngicas incluem a simetria fractal e finalmente os gastrópodes

e ácidos nucleicos usufruem de uma simetria helicoidal. Esta última é das mais frequentes,

sobretudo entre as plantas, mas também está presente no reino animal em forma de espiral,

sendo reconhecida em conchas de caracóis, búzios e afins. Simetria helicoidal envolve rotação,

em conjunto com a translação, ao longo do mesmo eixo de rotação, isto é, um tipo de simetria

geométrica na qual a sua configuração é repetida ao girar e ao deslocar-se sobre o mesmo eixo

(Raz et al., n.d.). A palavra simetria resulta do grego sin (com) e métron (medida), estando a

ela associada a chamada “proporção” (em número). A mesma ficou conhecida, a partir do

matemático italiano Leonardo Bigollo Fibonacci que a divulgou ao expor a sequência numérica

conhecida por Série de Fibonacci (1, 1, 2, 3, 5, 8, 13, 21, …). Esta inicia-se em 1 (excluindo o

zero), somando-se sucessivamente os dois números antecedentes (Neves, 2012), isto é,

(1+1=2), (1+2=3), (2+3=5), (3+5=8), (5+8=13), (8+13=21), assim como (13+21=34) e assim

sucessivamente (Figuras 80 e 81) (Francisco, 2013).

Figura 80 – Modelo matemático da espiral do caracol (Francisco, 2013)


97

Figura 81 - Modelo matemático da espiral do caracol (Mendes, 2007)

Numa interpretação geométrica, o número ao centro do quadrado corresponde ao valor da

aresta, pelo que a sua tendência é crescente, formando uma espiral (Francisco, 2013). A curva

da concha de um caracol, chamada na época de espiral logarítmica, está fundamentada pelo

número de ouro (resultado comum) ou número áureo (proporção/razão), igual a 1.618 valores

(Figura 82) (Neves, 2012). Neste sentido, a altura de um dos anéis de um caracol, dividida por

sua largura resulta exatamente no mesmo número (Montfort, 2013).

AD / AE = AE /ED = 1,618

Figura 82 – Representação geométrica da proporção áurea (Montfort, 2013)

Todas as divisões estão representadas de acordo com a razão do número áureo, sendo que cada

retângulo formado a partir da subdivisão do retângulo inicial é considerado uma miniatura

deste, assim como, no aumento da espiral é sempre mantido a proporção original (Montfort,

2013). Posto isto, podemos afirmar, que a relação da sequência de Fibonacci e o número de

Ouro, é um princípio que ocorre na estrutura de muitos organismos da natureza, tais como, a


98

proporção de abelhas fêmeas em comparação com abelhas machos numa colmeia, a proporção

de aumento do diâmetro das espirais das sementes de um girassol, a proporção do crescimento

de uma mão humana, assim como, o crescimento e ramificação de algumas árvores e ainda o

caso de certos caracóis. Tal princípio reflete a simetria e o equilíbrio no qual a vida se baseia,

reforçando a ideia grega de proporção como sinônimo de beleza/arte (Neves, 2012).


No seu estudo “Desert snails: problems of heat, water and food”, Schmidt-Nielsen et al.,

analisaram a espécie Sphincterochila boissieri (pequeno caracol com cerca de 4g e de concha

calcária branca), na estação de verão, quando a precipitação média anual é inferior a 100mm.

Isto porque, as chuvas de inverno se concentram nos meses de novembro a março, sendo este o

período em que o caracol se encontra ativo. Nos restantes meses do ano, os caracóis encontram-

se em estivação ou hibernação, devido às elevadas temperaturas. Para a medição da temperatura

(no interior do caramujo e do ar exterior) recorreram a sensores de temperatura, os Termopares,

enquanto que a temperatura letal foi determinada por meio da observação de sobrevivência de

caracóis (“cobaias”), submersos a temperaturas de 50, 55 e 60 C. A reflectância foi obtida

através de um Beckman DK2 (um espectrofotômetro de reflectância), enquanto que, a perda da

água foi definida a partir da pesagem do mesmo, por recurso a uma balança Mettler Toledo de

modelo H. A nível químico foram realizadas cerca de 100 amostras de caracóis, por métodos

padrão, referentes à água, proteínas, lípidos, hidratos de carbono e teor de cinzas. Já o consumo

de oxigénio foi medido individualmente, em caracóis, a diferentes temperaturas, com

iluminação contante ao longo do dia e noite. Na determinação dos efeitos das alterações de

temperatura sobre o consumo de oxigénio, foi utilizado um tipo de respirómetro (aparelho que

mede a taxa de respiração, a taxa de troca de oxigénio e dióxido de carbono). Por fim, de forma

a alcançar o valor de Q10 foram submetidos grupos de 50 caracóis a um ciclo de temperaturas

programas, entre 15 a 35C. Numa análise geral dos resultando, foi possível observar que a

temperatura letal para o caracol são os 55C, pelo contrário, os 50C proporcionaram total

sobrevivência independentemente do tempo de exposição. As condições de temperatura em

campo foram registadas, com total exposição solar, por parte dos caracóis, as quais resultaram

num padrão constante de valores, apesar das diferenças de características. A temperatura

máxima atingida pelo ar exterior chegou aos 42°C e a temperatura superficial do solo aos 65°C,

já no espaço de ar entre o solo e o caracol, a temperatura máxima atingiu os 60°C. No primeiro

giro do caracol (o mais próximo da abertura e do solo), a temperatura máxima obtida foi de


99

56°C, sendo no segundo e terceiro giros, inferior à anterior e aproximadamente 50°C.

Importante é ainda revelar, que a temperatura do próprio caracol chegou aos 50C, isto é, 5C

abaixo da temperatura letal, em condições de campo. De acordo com o espectro solar visível, a

reflectância da concha esbranquiçada do caracol é cerca de 90%, pelo que, no intervalo do

espetro solar, os mesmos, refletem bem mais do que esse valor. Como é representado na Figura

78, o fluxo de calor dá-se sempre do mais quente para o mais frio, e isso é provado, por exemplo,

quando a superfície do solo está a 65C e calor flui para a zona sombreada (pelo caracol), onde

é cerca de 5C mais baixa. Igualmente, quando o fluxo se dá do substrato para o caracol, este

passa de uma temperatura superior para uma outra mais reduzida. Ainda assim, esta última

transação é impedida por dois fatores fundamentais: em primeiro lugar a conha do caracol

encontra-se em contacto direto com a superfície do solo, influenciando na formação de uma

camada de ar isolante. A mesma é reforçada, pelo segundo e mais importante fator, que passa

pela retração do corpo do caracol dentro da própria concha, impedindo a transação do fluxo de

calor para o seu interior. Para além dos mesmos, o fato de no interior do terceiro giro estar cerca

de 50C e a temperatura exterior ser 43C, origina que este não atinja o caracol, fluindo para o

ar circundante pelo processo de condução. Após a análise dos resultados, Schmidt-Nielsen K et

al., concluíram, de um modo geral, que a temperatura letal do caracol se encontra num intervalo

entre 50C e 55C, contudo, esta não chega a ser atingida, apesar do caracol contactar

diretamente com a superfície do solo a 65C (Schmidt-Nielsen et al., 1971).

Num pequeno projeto, Altaf criou uma forma arquitetónica, baseada nas adaptações do caracol

no deserto, com potencial para ser empregue em zonas de clima quente e seco. Esta solução

arquitetónica a ser aplicada na construção proporcionará, um maior conforto por parte dos seus

utilizadores, assim como, uma importante poupança no consumo de energia (Figuras 83 e 84)

(Altaf, 2012).


100

Figura 83 – Protótipo baseado na forma do caramujo (Altaf, 2012)

Figura 84 – Esquema da solução implementada (Altaf, 2012)

Ainda que não testado laboratorialmente, este projeto poderá servir como uma excelente base,

na execução do protótipo que se pretende desenvolver no presente estudo de dissertação (Altaf,

2012).

Na sua dissertação “Life on the Edge: Morphological and behavioral adaptations for survival

on wave-swept shores”, Miller desenvolveu um modelo biofísico, que permite determinar a

temperatura do corpo de caracóis da costa, no qual tem em consideração a influência das

características morfológicas e comportamentais sobre o valor de temperatura corporal. Após a

sua análise e obtenção de resultados, Miller pôde concluir que, embora, o próprio corpo do

caracol lhe permite ajustar a temperatura, o uso da sua conha, em conjunto, com a sua coloração

e forma, contribui de forma essencial para a sua termorregulação (Miller, 2008).


101

CAPITULO 4 – DESENVOLVIMENTO DE ESTRUTURAS

BIOMIMÉTICAS COM BASE EM MATERIAIS FIBROSOS

No capítulo em questão, é apresentado a metodologia aplicada ao longo do trabalho

experimental realizado, desde a seleção e descrição do caso de estudo, até aos materiais e

equipamentos utilizados na realização dos ensaios.

4.1 Seleção do caso de estudo

4.1.1 Breve justificação do caso de estudo selecionado

Numa análise geral aos três casos destacados, selecionou-se o exemplo dos catos por se tratar

de um caso surpreendente, no que se refere à funcionalidade dos espinhos e à orientação das

nervuras entre si. Ao contrário do que era pensado, a existência de espinhos e nervuras em

algumas espécies não se trata apenas de uma característica estética, mas sim, de uma importante

adaptação ao ambiente envolvente.

Esta é considerada uma importante faceta no que se refere à termorregulação interna do ser

vivo. Tal característica poderá ser aplicada à crescente necessidade de adoção de estratégias e

técnicas passivas de construção, uma vez que, a principal preocupação atual na construção passa

pelo desenvolvimento de sistemas e materiais inteligentes e inovadores que permitam o bom

desempenho energético do edifício. Para tal, é essencial encontrar e aplicar ideias transmitidas

pela natureza e pelos seres vivos que a constituem. Assim, recorre-se a seres como os catos

existentes em todo os deserto, em condições térmicas extremas, pois tal como estes, também se

pretende que com o tipo de revestimento proposto, se obtenha um bom desempenho térmico

onde aplicado. Deste modo, apresenta-se e avalia-se o desempenho de um modelo físico

baseado na estrutura dos catos, englobando a utilização de materiais compósitos de matriz

polimérica e fibra natural.

4.1.2 Descrição geral do estudo proposto

Após a análise mais detalhada dos seres vivos selecionados, surge uma nova ideia de

mimetização baseada nas adaptações dos catos. As Figuras 85, 86 e 87 ilustram a solução


102

encontrada com a colaboração de uma designer pertencente à equipa da plataforma

FIBRENAMICS da Universidade do Minho.

Figura 85 – Ilustração de um exemplo de cato

Num conceito distinto, pretende-se desenvolver um revestimento baseado na orientação das

nervuras e na pequena superfície horizontal dos catos (figura 87).

Figura 86 – Ilustração das nervuras dos catos

Para tal, foi construída uma estrutura com base em placas, com dois tipos de materiais

diferentes, nomeadamente em chapa zincada e compósito de fibras de juta. Estas foram então

ligadas, entre si, com um ângulo de 15 e de 45, sob a forma de “acordeão” e, posteriormente,


103

comparadas com o desempenho de uma estrutura lisa sem qualquer ângulo (0) e com a parede

padrão (sem qualquer revestimento).

Figura 87 – Ilustração de um sistema com estrutura de lâminas

Recorreu-se ainda a um holofote de 1000W como fonte de calor (simulação de incidência solar),

sendo posteriormente, registados os resultados dos ensaios através de duas técnicas de

avaliação, nomeadamente a termografia e o sistema de medição de temperatura através de

termopares em diversos pontos da estrutura.

4.2 Modelo físico laboratorial

4.2.1 Seleção e execução da parede padrão e definição da fonte de calor

Para a realização do ensaio, recorreu-se a uma parede já anteriormente utilizada no estudo “The

evaluation of the thermal behaviour of a mortar based brick mansonry wall coated with TiO2

nanoparticles: An experimental assessment towards energy efficient buildings “, publicado em

Maio de 2014. Neste estudo foi avaliado o desempenho térmico de uma parede modelo (Figura

88) revestida por argamassa à base de nanopartículas de TiO2 (Carneiro et al., 2014).


104

Figura 88 - Representação esquemática da parede modelo referida (Carneiro et al., 2014)

A parede (padrão), em questão, trata-se de uma parede simples em tijolo cerâmico de 15 cm

revestida externamente a argamassa (Figura 90). A preparação da argamassa foi levada a cabo,

de acordo com a Norma NP EN 196-1 (2006). A relação considerada na sua composição foi de

1: 1: 6 (cimento: cal: areia) em volume, como apresentado na Figura 89.

Figura 89 - Composição da argamassa utilizada (Carneiro et al., 2014)

Figura 90 - Representação dos lados exterior e interior da parede em questão


105

Para a execução dos ensaios no presente trabalho, foi necessário o acréscimo de revestimento

pelo lado interior da parede, como observado na Figura 91.

Figura 91 – Execução/montagem da parede padrão

Para a execução da mesma, recorreu-se a placas de isolante térmico em espuma rígida de

poliestireno extrudido, vulgarmente conhecido por XPS. De forma a isolar totalmente nas juntas

entre placas de XPS, aplicou-se Soudafoam 1K B3, um componente de auto expansão, pronto

a usar sob a forma de espuma à base de poliuretano (Figura 92).

Figura 92 – Componente de auto expansão: Soudafoam 1K B3

No que diz respeito à fonte calor (Figura 93), optou-se pela utilização de um holofote da marca

ASLO e modelo ASPH 1000, a que corresponde uma potência de 1000W. Este gera calor sob

a forma de radiação, chegando a atingir cerca de 300C.


106

Figura 93 – Fonte de calor

4.2.2 Elaboração das placas utilizadas na montagem do sistema

Para cada tipo de placas utilizadas, foi executado um sistema tipo “fole de acordeão”, de modo

a se assimilar às diversas nervuras observadas nos catos. Para tal, recorreu-se a placas em chapa

zincada e em material compósito com fibras de juta. O método adotado é semelhante em ambos

os materiais, tal como é esclarecido seguidamente.

4.2.2.1 Placas em Chapa Zincada

As placas em chapa zincada foram fornecidas pela empresa FERPINTA (Indústrias De Tubos

De Aço De Fernando Pinho Teixeira, S.A.), localizada em Oliveira de Azeméis e

posteriormente cortadas com as dimensões definidas, na empresa CORREIA & CARDOSO,

LDA, localizada em Barcelos.

Dada a dimensão da parede padrão, foram posteriormente definidas as seguintes dimensões e

quantidades de placas (Quadro 8):

Quadro 8 – Características da chapa zincada

Nº de Placas

(Unidade)

Dimensões (cm) Densidade

(g/m2)

Condutibilidade

térmica (w/mk)

Resistência

térmica

(m2.k/w)

1 (44*39*0,05) 1373 110 0.000045

23 (15*39*0,05) 10764 110 0.000045


107

No que diz respeito à placa de 44*39 cm, esta foi testada na sua forma original, exatamente

com os dimensões referidas, sendo então considerada o revestimento padrão (sem qualquer

ângulo), de entre as placas de chapa zincada.

Quanto às 23 placas de 15*39 cm, estas sofreram uma simplificada união de maneira a formar

um sistema tipo “fole de acordeão”. Para tal, recorreu-se à utilização de fita adesiva Silver Tape

(AC45) (Figura 94) fabricada pela empresa Intertape Polymer Group, considerando apenas

cerca de 2cm de largura e uma folga entre placas de 2mm no total, como apresentado na Figura

96.

Figura 94 - Fita adesiva Silver Tape

Imediatamente antes à aplicação da fita adesiva entre as placas, limpou-se as superfícies de

aderência com um toalhete de papel humedecido com Sika® Aktivator-205 (Sika Cleaner-205).

O mesmo trata-se de um promotor de aderência à base de solventes, isto é, uma solução

alcoólica, que contém uma substância para ativar as faces de colagem, antes de colar qualquer

produto (Figura 95).

Figura 95 - Sika® Aktivator-205


108

Figura 96 – União entre placas através de fita adesiva

Após a união entre as 23 chapas obteve-se o sistema pretendido, com cerca de 15 graus entre

cada uma das mesmas (Figura 97).

Figura 97 – Sistema com estrutura de lâminas de aço com possibilidade de variar o ângulo

entre si

4.2.2.2 Placas em material compósito com fibra de juta

Neste âmbito, produziu-se um material compósito reforçado por fibras de juta, de origem

vegetal natural em combinação com uma matriz termoendurecível à base de resina epóxida.


109

Apesar de termoendurecível, este trata-se de um eco-compósito, pois conjuga uma matriz de

base biológica com um reforço de origem natural, sendo considerado então um material que

conduz uma maior sustentabilidade nas suas diversas áreas de aplicação.

O material eco-compósito, em estudo, foi preparado com 70% de resina SUPER SAP® CLR

Epoxy (matriz) e 30% de fibra de “Juta 12 onças” (reforço), recorrendo à técnica de fabrico

hand lay-up (laminação manual).

SUPER SAP® CLR Epoxy (Figura 98) é uma resina formada por materiais bio-renováveis, em

oposição, às resinas tradicionais compostas essencialmente por petróleo. A mesma trata-se de

uma tecnologia sustentável com excelente alongamento, baixa viscosidade e excecionalmente

elevadas propriedades de aderência, para uma ampla gama de processos e aplicações. Com

menor consumo de energia e água durante o seu processamento, SUPER SAP® CLR Epoxy é

uma resina responsável pela redução do impacto ambiental em cerca de 50% (menores imissões

de CO2 e de gases de efeito de estufa). De marca Entropy Resins e modelo SUPER SAP®

CLR/CLF-CLS, a resina epóxida utilizada na produção deste compósito, é distribuída na europa

pela empresa A. Ferrer Dalmau, S.A. (localizada em Barcelona). A mesma é fornecida num

conjunto de duas partes distintas, nomeadamente a parte A, a que corresponde a resina epóxida

e a parte B como endurecedor lento ou rápido.

Figura 98 – Resina SUPER SAP CLR/CLF-CLS (Entropy Resins, n.d.)

O tecido de juta, comercialmente designado por “Juta 12 onças” (Figura 99), é reforçado com

fibras naturais orientadas a 0 e 90.


110

Figura 99 – Tecido de “Juta 12 onças”

A laminação manual é um dos mais simples e antigos processos de fabricação empregado nas

indústrias atuais. Praticamente não exige investimentos em equipamentos específicos, sendo os

poucos equipamentos requeridos de baixo custo e facilmente encontrados no mercado. No

entanto, para a execução/produção das placas foi necessário a utilização de uma tesoura e

balança (para cortar e pesar os tecidos de juta), um desmoldante, pincéis e uma espátula.

Antes de se iniciar a laminação, efetuou-se o corte dos tecidos de juta com as medidas

pretendidas, seguidamente, executou-se a limpeza do vidro com acetona e a posterior aplicação

do agente desmoldante, Hi-Low Paste Wax: 1000P, fabricado pela empresa Finish Kare

Products, Inc. (Figura 100), para facilitar a desmoldagem da peça. Em seguida, realizou a

chamada impregnação (Figura 101), em que a superfície do tecido foi coberta com a resina

(resina epóxi e endurecedor nas devidas proporções), numa quantidade proporcional à

gramagem do mesmo e espalhada com um pincel. A remoção do excesso de resina foi efetuado

com o auxílio de uma espátula. A cura (Figura 102) foi realizada à temperatura ambiente, ao

longo de várias horas. Posteriormente, com o máximo cuidado, efetuou-se a desmoldagem do

material compósito, de forma a evitar deformações e empenamentos do mesmo.

Figura 100 – Desmoldante Hi-Low Paste Wax: 1000P


111

Figura 101 – Impregnação de fibras

Figura 102 - Cura do compósito

Antes e depois da realização da impregnação dos tecidos, verificou-se o peso em massa de cada

um deles, ao qual se chegou a uma relação em massa fibra/matriz de 30/70.

Na execução dos revestimentos em fibras de juta, as dimensões e quantidades de placas

definidas (Quadro 9) são aproximadamente as mesmas do revestimento em chapa zincada.

Quadro 9 - Propriedades de compósito de juta

Nº de

Placas

(Unidade)

Dimensões (cm) Densidade

(g/m2)

Condutibilidade

térmica (w/mk)

Resistência

térmica

(m2.k/w)

1 (44*39*0,12) 340 0,2 0.06

23 (15*39*0,12) 7820 0,2 0.06

Tal como as anteriores, também a placa em material compósito com fibra de 44*39 cm, foi

testada na sua forma original, exatamente com os dimensões referidas, sendo então considerada


112

o revestimento padrão (sem qualquer ângulo). Já as 23 placas, com 15*39 cm, sofreram uma

simplificada união de maneira a formar um sistema de estrutura em lâminas com diferentes

inclinações. Para tal, recorreu-se à fita adesiva Silver Tape (AC45) fabricada pela empresa

Intertape Polymer Group, considerando apenas cerca de 2cm de largura e uma folga entre placas

de 2mm no total, como apresentado na Figura 103.

Figura 103 – Material compósito com estrutura de lâminas

4.2.3 Aplicação e fixação dos revestimentos

Os revestimentos em chapa zincada apresentaram um comportamento autoportante, isto é, a sua

aplicação não necessitou de qualquer ação de fixação mecânica, permanecendo sobre o lado

exterior da parede sem qualquer alteração, ao longo de todo o ensaio. Em contrapartida, face à

prevista deformação por parte das fibras, a sua colocação foi concebida através de fixação

mecânica. Esta necessidade implica, que a técnica de fixação a aplicar na realidade, seja uma

questão a ser estudada futuramente.

4.2.4 Seleção dos métodos experimentais

Os equipamentos utlizados, ao longo dos ensaios, foram os termopares e câmara termográfica

sendo, de seguida, apresentada uma breve descrição de cada uma deles, incluindo o seu modo

instalação.

4.2.4.1 Termopares

Os termopares são sensores utilizados para medição de temperatura, pois, para além de baixo

custo, estes possuem uma elevada exatidão, assim como, uma ampla gama de temperaturas de

operação (National Instruments Corporation, 2013). Também conhecidos por sensores de


113

temperatura superficial, os termopares são transdutores introduzidos na extremidade dos fios

condutores de cobre. O equipamento utilizado tem cerca de dezoito sensores, sendo então

considerados por nove termopares, uma vez que a cada termopar correspondem dois fios

condutores, de forma a obter o valor da temperatura superficial dos elementos construtivos

utilizados. O valor da temperatura é então enviado para o datalogger onde é registado (Ribeiro,

2009) e posteriormente é transmitido para o computador (Figura 104), onde os dados são

observados e analisados, por intermédio da plataforma de programação gráfica, LabVIEW

System Design Software (Figura 105).

Figura 104 - NI cDAQ-9174 conectado com o computador (National Instruments

Corporation, 2013)

Figura 105 - LabVIEW System Design Software 2012

Existem diversos tipos de termopares disponíveis, conforme a sua composição e de acordo com

as convenções do American National Standards Institute (ANSI), no entanto nos ensaios

realizados, apenas foi utilizado o termopar tipo K, por ser de uso genérico e de baixo custo.


114

Este é composto por um fio condutor positivo em liga de níquel-cromo e um outro negativo em

liga de níquel-alumínio, como representado na Figura 106.

Figura 106 – Termopar tipo K (Usina Ind, n.d.)

O equipamento utilizado na realização dos ensaios foi o NI cDAQ-9174, como verificado na

Figura 107.

Figura 107 - NI cDAQ-9174

A localização dos sensores foi definida com a preocupação de serem aplicados em diferentes

zonas da parede interior e exterior, assim como, no próprio revestimento, de forma a obter uma

média ponderada de cada parte. A aplicação dos sensores deve ser direta sobre a face do

elemento construtivo, no entanto, foram utilizadas outras técnicas, de maneira a assegurar o

contacto térmico entre os sensores termopares e o elemento construtivo durante todo o ensaio.

Foram fixados os sensores 5 e 6 na parede interior através de cola de silicone, assim como,

foram colocadas os sensores 3 e 4 na parede exterior por intermédio de betume (Figura 108) à

base resina poliéster misturada com um catalisador (endurecedor).


115

Figura 108 - Betume à base de resina de poliéster e catalisador

Os restantes sensores fixaram-se com a fita adesiva Silver Tape de 40mm de largura. O sensor

1 para a temperatura ambiente, o sensor 2 na fonte calor e os sensores 7, 8, 9 no revestimento

exterior. Este último (sensor 9) localiza-se na parte interior do mesmo. A fixação dos sensores

é apresentada pelas Figuras 109, 110, 111 e 112.

Figura 109 - Fixação dos sensores referentes à temperatura ambiente e à fonte de calor

Figura 110 – Fixação dos sensores na parede interior e exterior


116

Figura 111 - Fixação dos sensores no revestimento em chapa zincada e em material compósito

de fibras de juta

Figura 112 - Fixação dos sensores no revestimento em chapa zincada e em material compósito

de fibras de juta

4.2.4.2 Câmara termográfica

A câmara termográfica ou câmara de infravermelhos efetua a medição e captação da energia

térmica emitida por cada objeto. A mesma mede a radiação eletromagnética de cada objeto,

convertendo-a sob a forma de imagem térmica, a que se dá o nome de termograma. A forma

rápida e económica em identificar a temperatura superficial de um objeto permite que este

equipamento seja utilizado em diversas áreas, nomeadamente no que se refere a ensaios não

destrutivos. No setor da construção de edifícios, esta é principalmente utilizada na identificação

de perdas de calor e de energia, tendo em vista a melhoria da eficiência energética dos edifícios.


117

Contudo, aquando a sua utilização, é necessário ter alguns cuidados e procedimentos, a fim de

evitar influências indesejáveis. Assim, é importante registar todas as condições térmicas

envolventes (por ex.: temperatura ambiente, emissividade, humidade relativa, distância ao

objeto), assim como, evitar condições ambientais inadequadas, tais como reflexos, sombras,

brisas de ar, materiais com propriedades distintas, no que diz respeito à emissividade, entre

outros (Cunha, 2010).

A câmara termográfica utilizada neste trabalho de investigação, trata-se de uma máquina

portátil, com uma lente de grande abertura de angular de elevada qualidade 32x23 e detetor de

imagem FPA 160x120pixeis, de foco manual e monitorizado dinâmico, com visualização da

distribuição da humidade superficial. Para além disso, possuí um monitor 3.5’’ LCD externo

que permite que a imagem obtida seja analisada em tempo real. No entanto, possui ainda um

cartão SD que permite a captura e armazeno de imagens para posterior análise em laboratório,

através do software testo IRSoft. Esta câmara é ainda sensível à radiação dentro de

comprimento de onda de 8-14 (gama espectral de onda larga). A mesma trata-se de uma Testo

876, fabricada na Alemanha (Figura 113). Esta poderá ser utilizada acoplando-a a um tripé ou

na mão, visto ser de peso reduzido e de fácil manuseamento. No presente estudo, as fotos foram

capturadas uma altura de 44cm e distância de 95cm da parede interior e 65cm da parede exterior.

Figura 113 – Máquina termográfica: Testo 876


118

CAPITULO 5 – AVALIAÇÃO DO DESEMPENHO DA SOLUÇÃO

BIOMIMÉTICA

Neste capítulo apresentam-se os resultados obtidos através do equipamento utilizando

termopares, relativos ao desempenho térmico das estruturas consideradas como revestimento

exterior. São ainda expostos os termogramas resultantes de cada ensaio, assim como, é

apresentada a análise descritiva dos mesmos.

5.1 Análise e Discussão dos Resultados

No sentido de avaliar o conceito biomimético introduzido, referente a uma estrutura de lâminas

com diferentes inclinações, realizaram-se os ensaios apresentados no Quadro 10. Para a

realização de cada um deles recorreu-se ao uso dos equipamentos: termopares e máquina

termográfica.

Quadro 10 - Ensaios realizados

Para uma mesma fonte de calor foram realizados ensaios com duas orientações diferentes (0 e

45), de forma a testar os efeitos de maior dissipação de calor e de sombreamento provocados

pela estrutura em lâminas, respetivamente. Foram então, realizados dois ensaios referentes à

parede padrão, sem qualquer revestimento, sendo que para cada revestimento (chapa zincada e

0 45 0 15 45 Chapa zincada Fibra de juta

A0 x

B0 x x x

C0 x x x

D0 x x x

E0 x x x

F0 x x x

G0 x x x

A45 x

B45 x x x

C45 x x x

D45 x x x

E45 x x x

F45 x x x

G45 x x x

EnsaiosÂngulo de incidência Geometria Tipo de Material


119

fibra de juta) consideraram-se ensaios com variação da orientação de placas (0, 15, 45), em

conjunto com a variação da orientação da fonte de calor (0 e 45). Qualquer um dos ensaios

foi realizado a uma distância de 60cm entre a parede e a fonte de calor, numa duração de 6 a

13h de ensaio, consoante a necessidade de estabilização de cada um dos mesmos. Para cada um

dos ensaios apresentados na tabela anterior, foi registada uma foto termográfica, entre 7 e 8h

de cada ensaio, para posterior observação da distribuição de temperaturas na parede. A escala

considerada nas fotos do lado exterior e interior foi de 35,9-102C e 22,7-44C, respetivamente.

As mesmas foram definidas de acordo com a temperatura máxima e mínima obtida pelos

termogramas.

5.1.1 Termopares

5.1.1.1 Resultados Obtidos

Em seguida são apresentados todos os resultados obtidos nos ensaios realizados em laboratório,

a partir dos termopares. Para melhor perceção das temperaturas obtidas, estes resultados são

apresentados sob a forma de gráficos devidamente identificados e legendados. Note-se que o

eixo dos xx corresponde à duração do ensaio em horas, assim como, o eixo dos yy da direita

corresponde à temperatura relativa à fonte de calor, enquanto que, o eixo dos yy da esquerda

corresponde à temperatura relativa aos restantes parâmetros. Para cada figura é apresentada um

breve comentário acerca do mesmo.

A Figura 114 indica as temperaturas resultantes do ensaio referente à parede padrão com fonte

de calor a 0 (A0).


120

Figura 114 – Resultados do ensaio relativo à parede padrão com incidência de calor a 0 (A0)

Pela Figura 114 apresentada, verifica-se que o sistema estabiliza por volta das 5h e 30min, ao

qual corresponde uma temperatura exterior e interior de 92,61C e 37,36C, respetivamente. A

temperatura interior iguala a temperatura ambiente a 23,33C, ao fim de 1h e 27 min,

aumentando o seu valor em cerca de 16,08C, desde o início do ensaio. A percentagem de

dissipação por parte do elemento construtivo foi cerca de 60%.

A Figura 115 apresenta os resultados obtidos com a aplicação do revestimento em chapa

zincada lisa (0) com fonte de calor a 0 (B0).

Figura 115 – Resultados do ensaio relativo ao revestimento em chapa zincada lisa (0) com

fonte de calor a 0 (B0)

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)

Ambiente Parede Exterior Parede Interior Fonte de Calor

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 2 4 6 8 10 12

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)

Delta Temp. Parede Exterior Parede Interior

Revestimento Exterior Fonte de Calor

Ambiente


121

Pela presente figura, é possível confirmar a sua estabilização por volta das 11h e 98min,

correspondendo a uma temperatura exterior e interior de 50,97C e 29,29C, respetivamente.

Neste momento, pôde ainda registar-se a temperatura do revestimento exterior a 71,26C. Ao

fim de 1h e 64 min, a temperatura interior alcança a temperatura ambiente de 25,15C,

aumentando o seu valor em cerca de 5,75C, desde o início do ensaio. A percentagem de

dissipação por parte do revestimento foi de 28%, enquanto que da parte do elemento construtivo

foi cerca de 43%.

A Figura 116 demonstra o comportamento exibido pelo revestimento em chapa zincada a 15

com fonte de calor a 0 (C0).

Figura 116 – Resultados dos ensaios referentes ao revestimento em chapa zincada a 15 com

fonte de calor a 0 (C0)

A presente figura indica que o ensaio estabiliza aproximadamente pelas 8h e 14min. A esta

estabilização corresponde uma temperatura exterior de 57,25C, uma temperatura por parte do

revestimento exterior de 64,52C e ainda uma temperatura interior de 30,63C. Esta última

iguala a temperatura ambiente de 24,65C, ao fim de 1h e 80min, aumentando o seu valor em

cerca de 7,97C, desde o início até ao final do ensaio. A percentagem de dissipação por parte

do revestimento foi de 11%, enquanto que da parte do elemento construtivo foi cerca de 46%.

0

50

100

150

200

250

300

350

0

20

40

60

80

100

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra

Duração (h)

Ambiente Parede Exterior Parede Interior



122

A Figura 117 representa a curva de crescimento referente ao revestimento em chapa zincada a

45 com fonte de calor a 0 (D0).

Figura 117 - Resultados referentes revestimento em chapa zincada a 45 com fonte de calor a

0 (D0)

Na Figura 117 é possível observar a estabilização do mesmo por volta das 9h e 99min, o qual

corresponde uma temperatura interior e exterior de 31,42C e 60,34C, respetivamente. No

revestimento exterior foi registado cerca 73,61C. A temperatura interior iguala a temperatura

ambiente de 24,89C, ao fim de 1h e 77min, aumentando o seu valor em cerca de 7,82C, desde

o início até ao final do ensaio. A percentagem de dissipação por parte do revestimento foi de

18%, enquanto que da parte do elemento construtivo foi cerca de 49%.

A Figura 118 apresenta a curva de crescimento correspondente aos resultados obtidos pelo

revestimento em fibra lisa (0) com fonte de calor a 0 (E0).

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 2 4 6 8 10

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra

Duração (h)



Ambiente


123

Figura 118 - Resultados referentes ao revestimento em fibra lisa (0) com fonte de calor a 0

(E0)

A Figura 118 demonstra a sua estabilização por volta das 11h e 82min, ao qual corresponde

uma temperatura exterior de 95,66C, uma temperatura interior de 41,12C e a uma temperatura

no revestimento exterior de 97,57C. Ao fim de 87 min, a temperatura interior alcança a

temperatura ambiente de 24,89C, aumentando o seu valor em cerca de 16,62C, desde o início

do ensaio. A percentagem de dissipação por parte do revestimento foi de 2%, enquanto que da

parte do elemento construtivo foi cerca de 57%.

A Figura 119 apresenta a curva de crescimento correspondente ao revestimento em fibra a 15

com fonte de calor a 0 (F0).

0

50

100

150

200

250

300

350

0

50

100

150

0 2 4 6 8 10 12

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)



Ambiente


124

Figura 119 - Resultados correspondente ao revestimento em fibra a 15 com fonte de calor a

0 (F0)

Pela Figura 119 é possível verificar a sua estabilização às 6h e 79min, ao qual corresponde uma

temperatura exterior de 46,14C, uma temperatura por parte do revestimento exterior de

71,12C e ainda uma temperatura interior de 25,94C. Ao fim de 2h e 79 min, a temperatura

interior alcança a temperatura ambiente de 23,36C, aumentando o seu valor em cerca de

5.72C, desde o início do ensaio. A percentagem de dissipação por parte do revestimento foi de

35%, enquanto que da parte do elemento construtivo foi cerca de 44%.

A Figura 120 apresenta os resultados obtidos com a aplicação do revestimento em fibra a 45

com fonte de calor a 0 (G0).

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

0,00 2,00 4,00 6,00

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r

(C

)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)


Revestimento Fonte De Calor


125

Figura 120 - Resultados referentes ao revestimento em fibra a 45 com fonte de calor a 0

(G0)

Pela Figura 120 é possível observar-se a estatização do seu crescimento ao fim de 8h,

aproximadamente. Ao fim deste tempo verifica-se uma temperatura exterior de 69,12C, uma

temperatura por parte do revestimento exterior de 71,12C e ainda uma temperatura na face

interior de 35,24C. Após 1h e 68 min de ensaio, a temperatura na face interior atingiu a

temperatura ambiente de 28,03C, aumentando cerca 9,62 até à estabilização do sistema. A

percentagem de dissipação por parte do revestimento foi de 19% e do elemento construtivo foi

de 48%.

A Figura 121 que se segue representa a curva de crescimento referente à parede padrão com

fonte de calor a 45 (A45).

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 2 4 6 8 10

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r

(C

)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)

Parede Exterior Parede Interior Revestimento

Ambiente Fonte De Calor


126

Figura 121 - Resultados referentes à parede padrão com fonte de calor a 45 (A45)

Através da Figura 121 é possível verificar que a curva crescente relativa à parede padrão

estabiliza por volta das 6h e 17min. À sua estabilização corresponde uma temperatura na face

exterior da parede de 83,38C e uma temperatura na face interior da parede de 36,88C. Esta

última iguala a temperatura ambiente ao fim de 1h e 43 min no valor de 25,3C, aumentando

cerca de 12,57 até à sua estabilização. A percentagem de dissipação por parte do elemento

construtivo foi aproximadamente 56%.

A Figura 122 refere-se aos resultados obtidos com a aplicação do revestimento em chapa

zincada lisa (0) com fonte de calor a 45 (B45).

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

120

0 1 2 3 4 5 6 7

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)

Ambiente Parede Exterior Parede Interior Fonte de Calor


127

Figura 122 - Resultados referente ao revestimento em chapa zincada lisa (0) com fonte de

calor a 45 (B45)

Pela Figura 122 pode verificar-se a estabilização do mesmo por volta das 14h e 19min, ao qual

corresponde uma temperatura na face exterior e interior da parede de 64,75C e 33,95C,

respetivamente. No revestimento exterior foi registada um valor de temperatura de 76,45C. Ao

fim 2h e 30min a face da parede interior igualou a temperatura ambiente em cerca de 26,62C,

aumentando cerca de 11,22 até à sua estabilização. A percentagem de dissipação através do

revestimento exterior e do elemento construtivo foi de 15% e de 48%, respetivamente.

A Figura 123 expõe a curva de crescimento referente ao revestimento em chapa zincada a 15

com fonte de calor a 45 (C45).

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

0 2 4 6 8 10 12 14

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r

(C

)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)




128

Figura 123 - Resultados referentes ao revestimento em chapa zincada a 15 com fonte de

calor a 45 (C45)

Pela presente figura é possível analisar a sua hora de estabilização por volta das 10h e 68min,

assim como, a temperatura na face exterior e interior registada, no valor de 42,37C e 23,92C,

respetivamente. A temperatura no revestimento exterior apontou para uns 50,1C. Ao fim de

2h e 74min, a temperatura na face interior alcançou a temperatura ambiente em 20,78C,

aumentando até à sua estabilização cerca de 3,17. A percentagem de dissipação por parte do

revestimento foi de 15%, enquanto que da parte do elemento construtivo foi cerca de 44%.

A Figura 124 expõe o comportamento apresentado pelo revestimento em chapa zincada a 45

com fonte de calor a 45 (D45).

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

-0,50 1,50 3,50 5,50 7,50 9,50 11,50

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)




129

Figura 124 – Resultados referentes ao revestimento em chapa zincada a 45 com fonte de

calor a 45 (D45)

Pela Figura 124 verifica-se que o crescimento da curva referente ao ensaio D45 estabiliza pelas

11h e 85min, correspondendo a uma temperatura na face exterior e interior da parede de

53.02C e 29.72C, respetivamente. Já no revestimento exterior, as sondas registaram um valor

na gama dos 63.86C de temperatura. Após 77 min de ensaio, a temperatura na face interior

atingiu a temperatura ambiente de 24,63C, aumentando cerca 6.49 até à estabilização do

sistema. A percentagem de dissipação por parte do revestimento foi de 17% e do elemento

construtivo foi de 47%.

Pela Figura 125 são apresentados os resultados do ensaio referentes ao Revestimento em fibra

lisa (0) com fonte de calor a 45 (E45).

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)



Ambiente


130

Figura 125 – Resultados referentes ao Revestimento em fibra lisa (0) com fonte de calor a

45 (E45)

Pela Figura 125 é possível observar-se a estatização do seu crescimento ao fim de 13h e 3min,

aproximadamente. Ao fim deste tempo verifica-se uma temperatura exterior de 82,3C, uma

temperatura por parte do revestimento exterior de 79,81C e ainda uma temperatura na face

interior de 36,68C. Ao fim 1h e 30min a face da parede interior igualou a temperatura ambiente

em cerca de 22,7C, aumentando cerca de 13,74 até à sua estabilização. A percentagem de

dissipação através do revestimento exterior e do elemento construtivo foi de -3% e de 55%,

respetivamente.

A Figura 126 refere-se aos resultados obtidos através da aplicação do revestimento em fibra a

15 com fonte de calor a 45 (F45).

0

50

100

150

200

250

300

350

0

50

100

150

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r

(C

)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)



Ambiente


131

Figura 126 – Resultados referentes ao revestimento em fibra a 15 com fonte de calor a 45

(F45)

Pela Figura 126 é possível analisar a sua hora de estabilização por volta das 8h e 24min, assim

como, a temperatura na face exterior e interior registada, no valor de 38,63C e 26,9C,

respetivamente. A temperatura no revestimento exterior apontou para uns 51,45C. Após 4h e

80 min de ensaio, a temperatura na face interior atingiu a temperatura ambiente de 26,04C,

aumentando cerca 3,17 até à estabilização do sistema. A percentagem de dissipação por parte

do revestimento foi de 25% e do elemento construtivo foi de 30%.

A Figura 127 apresenta a curva de crescimento referente ao revestimento em fibra a 45 com

fonte de calor a 45 (G45).

0

50

100

150

200

250

300

0

20

40

60

80

100

0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)



Ambiente


132

Figura 127 – Resultados referentes ao revestimento em fibra a 45 com fonte de calor

a 45 (G45)

A Figura 127 indica que o ensaio estabiliza aproximadamente pelas 9h e 96min. A esta

estabilização corresponde uma temperatura exterior de 61,88C, uma temperatura por parte do

revestimento exterior de 80,29C e ainda uma temperatura interior de 33,02C. Esta última

iguala a temperatura ambiente de 25,61C, ao fim de 1h e 77min, aumentando o seu valor em

cerca de 7,71C, desde o início até ao final do ensaio. A percentagem de dissipação por parte

do revestimento foi de 23%, enquanto que da parte do elemento construtivo foi cerca de 47%.

5.1.1.2 Análise de resultados

Para melhor compreensão dos resultados executaram-se as seis figuras que seguem, onde são

analisados os parâmetros considerados. Assim, e de modo a facilitar a comparação de resultados

é analisado, o tempo de estabilização de cada ensaio, a percentagem de dissipação de calor entre

o revestimento exterior e a face exterior da parede, assim como, o aumento de temperatura na

face interior da parede, entre o início e final de cada ensaio.

A Figura 128 apresenta o tempo de estabilização de cada revestimento para uma fonte de calor

com incidência frontal.

0

50

100

150

200

250

300

350

-10

10

30

50

70

90

110

130

150

0 2 4 6 8 10 12

Tem

per

atu

ra d

a fo

nte

de

calo

r (

C)

Tem

per

atu

ra (C

)

Duração (h)




133

Figura 128 - Tempo de estabilização em horas c/ fonte de calor frontal

Pela mesma pode observar-se, que o revestimento em material compósito com fibra estabiliza

mais cedo, que o revestimento em chapa zincada para qualquer dos três ângulos utilizados (0,

15,45). Isto deve-se às diferenças de propriedades entre materiais, nomeadamente no que se

refere à condutibilidade térmica dos mesmos. A parede padrão apesar de não estar identificada

na presente figura, é possível verificar-se a sua estabilização ao fim de 5h e 30min na Figura

115. Destes resultados retira-se, que a parede padrão estabiliza mais cedo, que qualquer outra

com a incorporação de revestimento exterior, devido a este mesmo fato de não possuir nenhum

obstáculo que impeça a rápida transferência de calor. Para além disso, os próprios materiais

constituintes da parede são responsáveis pela sua rápida dissipação entre o lado exterior e

interior da mesma, estabilizando mais rapidamente. No entanto, o trabalho por parte do

elemento estrutural não é suficiente para impedir o elevado aumento de temperatura no lado

interior. Tal como esperado, considerando cada um dos revestimentos com variação de ângulos,

o que apresenta menor tempo de estabilização é o referente ao ângulo de 15 (ensaio F0). Este

resultado deve-se ao fato deste ângulo ser o mais fechado entre os três, evitando a contínua

passagem de calor.

A Figura 129 apresenta as percentagens de dissipação de calor obtidas, entre o revestimento

exterior e face exterior da parede, para uma fonte de calor de incidência frontal.

0

2

4

6

8

10

12

14

0° 15° 45°

Tem

po

de

esta

bili

zaçã

o (

h)

Ãngulo considerado ()

Revestimento em chapa zincada Revestimento em fibra


134

Figura 129 - Percentagem de dissipação de calor c/ fonte de calor frontal

Quando comparamos a percentagem de dissipação de calor entre o revestimento e a face da

parede exterior, pela Figura 129, verificamos que, considerando o ângulo de estrutura 0, o

revestimento em chapa zincada (B0) apresenta melhores resultados, que o de fibra (E0). No

entanto, o seu comportamento em relação ao conceito estudado, apresenta-se muito aquém do

comportamento por parte do revestimento em material compósito de fibra. Isto é, apesar do

revestimento em chapa possuir maior percentagem de dissipação do que o material compósito

de fibra com uma estrutura de 0, este possui uma percentagem maior com 0 (B0),

seguidamente com 45 (D0) e finalmente com 15 (C0), o que não comprova o conceito

pretendido. Por oposição, quando observamos o comportamento do revestimento em material

compósito de fibra, verificamos uma direta influência da estrutura utilizada, na dissipação de

calor obtida. Esta diferença de comportamento entre materiais deve-se ao fato da chapa zincada

possuir uma condutibilidade térmica muito superior ao material compósito, o que leva uma

maior condução do calor incidente. A parede padrão (ensaio A0) não está identificada na

presente figura, uma vez que não possui revestimento exterior, o que por sua vez não apresenta

dissipação de calor por influência do mesmo. Ainda assim, a parede de referência conta com o

apoio do próprio elemento construtivo que é responsável pela dissipação entre o lado exterior

e interior da mesma.

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

35%

40%

0° 15° 45°

Per

cen

tage

m d

e d

issi

paç

ãp (

%)

Ângulo considerado ()



135

Na Figura 130 é exposto o valor de aumento de temperatura na face interior da parede até a sua

estabilização, com a incidência frontal da fonte de calor.

Figura 130 - Aumento de temperatura na face interior da parede c/ fonte de calor frontal

Quanto ao aumento da temperatura interior da parede, apresentado na Figura 130, é possível

observar que, mais uma vez o revestimento em chapa zincada (B0 e D0) apresenta menores

valores, que o revestimento em material compósito com fibra para estruturas de 0 (E0) e 45

(G0). No entanto, no caso dos ensaios D0 e G0, isso não implica melhores resultados por parte

do material em chapa, uma vez que este também apresenta uma maior dissipação de calor por

parte do próprio elemento construtivo (parede). Contudo, quando aplicada uma estrutura com

15 (C0 e F0) este fenómeno já não ocorre. Esta distinção deve-se mais uma vez às propriedades

da chapa, que influenciam o seu comportamento. Tal como no parâmetro anteriormente

analisado, contrariando os resultados obtidos com a chapa zincada, o revestimento em material

compósito de fibra confirma a funcionalidade da estrutura em lâminas estudada, obtendo

menores temperaturas no interior para revestimentos com estrutura de 15 (F0), seguidamente

de 45 (G0) e finalmente com 0 (E0). Estes resultados comprovam, mais uma vez, a eficácia

da estrutura com 15, responsável pela redução da passagem de calor. Mais uma vez, a parede

padrão (A0) não se encontra identificada na presente figura, no entanto, é possível verificar-se,

pela Figura 114, o seu aumento na face interior em cerca 16,14 até à sua estabilização. Isto

significa, que apesar de contar com o elemento construtivo na rápida dissipação de calor, este

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

0° 15° 45°

Au

men

to d

e te

mp

erat

ura

()




136

não é suficiente para evitar o elevado aumento de temperatura. Este resultado incrementa, ainda

mais, a eficiência por parte do sistema fibroso de 15.

Na Figura 131 apresenta-se o tempo de estabilização de cada revestimento, considerando a fonte

de calor com uma inclinação de 45.

Figura 131 - Tempo de estabilização em horas c/ fonte de calor inclinada

Tal como se verificou anteriormente, com a incidência frontal por parte da fonte de calor,

também pela Figura 131 (fonte de calor inclinada) se verifica que, o tempo de estabilização por

parte do revestimento em material compósito de fibra é menor que o referente ao revestimento

em chapa, facto este, que se deve às propriedades de cada material. O tempo referente à parede

padrão (A45) não está identificado na figura em questão, não entanto, é possível verificar-se

pela Figura 121, a sua estabilização ao fim de 6h e 17min. Daqui, verifica-se que a parede

padrão estabiliza mais cedo, do que quando sujeita à incorporação de revestimentos exteriores,

assim como, de entre estes últimos o que apresenta menor tempo de estabilização é o

revestimento com estrutura de 15 (F45). Estes resultados devem-se ao facto da parede padrão

não possuir nenhum obstáculo, que impeça a rápida transferência de calor, assim como, ao facto

do ângulo de 15 ser o mais fechado entre os três (0, 15, 45), evitando a contínua passagem

de calor. Este comportamento é semelhante ao apresentado pelas Figuras 114 e 128 referentes

à fonte de calor frontal, no entanto variando a inclinação da mesma, o tempo de estabilização é

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0° 15° 45°

Tem

po

de

esta

bili

zaçã

o (

h)




137

mais elevado, devido ao facto de ocorrer uma maior dissipação de calor entre a fonte o

revestimento.

A Figura 132 indica as percentagens de dissipação de calor sofrida entre o revestimento e a face

exterior da parede, considerando a fonte de calor inclinada.

Figura 132 - Percentagem de dissipação de calor c/ fonte de calor inclinada

Do mesmo modo que o verificado na Figura 129, também a presente figura, referente à

dissipação de calor entre o revestimento e a face da parede exterior, apresenta melhores

resultados com revestimento em chapa zincada lisa (B45) do que em material compósito de

fibra (E45). Esta afirmação decorre de um valor negativo por parte do revestimento em material

compósito liso (-3%), o qual origina uma temperatura mais elevada na face exterior da parede,

do que no revestimento exterior. Este fato revela um fraco funcionamento por parte deste último

revestimento, quando comparado com os restantes apresentados. No entanto, este fenómeno já

não se verifica para com estruturas de 15 (C45; F45) e 45 (D45; G45), necessitando este

fenómeno de análises aprofundadas posteriores. Para além disso, o comportamento do

revestimento em chapa não comprova a funcionalidade do conceito estudado. Isto porque,

apesar deste revestimento possuir maior percentagem de dissipação com uma estrutura de 0,

este possui uma percentagem maior com 45, seguidamente com 0 e 15, o que não vai ao

encontro do efeito pretendido. Tal como se verifica com a incidência frontal de radiação,

também pela presente figura, observamos que o comportamento do revestimento em compósito

-5%

0%

5%

10%

15%

20%

25%

30%

0° 15° 45°

Per

cen

tage

m d

e d

issi

paç

ão (

%)




138

com fibra apresenta uma influência direta sobre a dissipação de calor obtida. Esta diferença de

comportamento entre materiais deve-se ao fato da chapa zincada possuir uma condutibilidade

térmica muito superior ao da fibra, o que leva uma maior condução do calor incidente. Note-se

ainda que, à exceção do revestimento em chapa zincada com 15 (D45) e do revestimento em

material compósito com 45 (G45), todos os sistemas sujeitos à direção frontal da fonte de calor,

apresentam uma maior eficiência na dissipação de calor analisada. Isto deve-se, ao facto de que

com a fonte inclinada já exista uma maior dissipação entre fonte-revestimento, o que já não

implica uma dissipação tão elevada, por parte do revestimento-parede. A parede padrão (A45)

não está identificada na presente figura, uma vez que não possui revestimento exterior, o que,

por sua vez, não apresenta dissipação de calor por influência do mesmo. Contudo, a parede de

referência conta com o auxílio do próprio elemento construtivo que é responsável pela

dissipação entre o lado exterior e interior da mesma.

Pela Figura 133 é possível observar o aumento de temperatura na face interior da parede até a

sua estabilização, considerando a fonte de calor inclinada.

Figura 133 - Aumento de temperatura na face interior da parede c/ fonte de calor inclinada

Analisando o aumento da temperatura interior da parede, apresentado pela Figura 133, é

possível verificar mais uma vez que, o revestimento em chapa apresenta menores valores que

o revestimento em material compósito de fibra para estruturas de 0 (B45; E45) e 45 (D45;

G45). Ainda assim, quando aplicada uma estrutura com 15 (C45; F45) o valor não é superior,

0

2

4

6

8

10

12

14

16

0° 15° 45°

Au

men

to d

a te

mp

erat

ura

()




139

mas sim equivalente. Contudo, para os ensaios C45, F45 e D45, G45, não significa melhores

resultados da parte do material em chapa, uma vez que este também apresenta uma maior

dissipação de calor por parte do próprio elemento construtivo (parede). Então, o facto do ensaio

B45 apresentar melhores resultados que o E45, poderá dever-se às diferentes propriedades de

cada material que influenciam o seu comportamento. De acordo com os resultados obtidos com

a fonte de calor frontal, em oposição, aos resultados obtidos com a chapa zincada, o

revestimento em material compósito de fibra confirma a eficiência da estrutura em lâminas

estudada. Isto porque, esta última obteve, menores temperaturas no interior para revestimentos

com estrutura de 15 (F45), seguidamente de 45 (G45) e finalmente com 0 (E45). Estes

resultados compravam, mais uma vez, a eficácia da estrutura com 15, responsável pela redução

da passagem de calor. A figura apresentada não identifica o valor correspondente à parede

padrão (A45), contudo é possível verificar-se, pela Figura 131, o seu aumento na face interior

em cerca 12,57 até à sua estabilização. Este resultado reforça a ideia de eficiência do sistema

fibroso com 15. Comparando a Figura 130 com a 133, refere-se ainda que, à exceção do

revestimento B0, todos os outros apresentam menor aumento de temperatura na face interior

da parede quando sujeitos a uma fonte de calor inclinada. Isto é explicado, pelo facto, da direção

inclinada dissipar calor, por si mesma, entre a fonte e o revestimento/parede padrão.

Analisando os três parâmetros acima considerados, para ambos os materiais e direções de

incidência da fonte de calor, é possível observar-se uma certa incoerência entre eles. Por

exemplo, para uma menor percentagem de dissipação de calor e maior tempo de estabilização,

o revestimento referente ao gráfico D45 consegue obter um menor aumento de temperatura

interior, quando comparado com o D0. O mesmo acontece, quando comparamos os ensaios E0

com E45 e F0 com F45, considerando que os valores resultantes são mais favoráveis para os

revestimentos sujeitos a uma fonte de calor inclinada. Este facto poderá estar relacionado com

a inclinação da própria fonte de calor, que é responsável por determinada dissipação de calor

entre a fonte e o revestimento, não havendo assim a mesma necessidade de dissipação por parte

do revestimento para o menor aumento de temperatura interior. Do mesmo modo, comparando

o ensaio D0 com o G0, observa-se que para uma menor dissipação de calor, o revestimento em

chapa zincada alcança um menor aumento da temperatura na face interior da parede. Tal como

este caso, se se comparar o ensaio C45 com o F45 e o D45 com o G45, o material em chapa

zincada aparentemente obtém menores temperatura interiores. No entanto, isso deve-se à ação

do material que constitui a parede, responsável pela dissipação de calor que passa por entre o


140

revestimento. Ou seja, os revestimentos que apresentaram menores dissipações de calor por

parte dos mesmos, gozaram do grande auxílio do material em tijolo cerâmico constituinte da

parede e responsável pela grande dissipação de calor que atravessa o revestimento. Esta análise

revela, mais uma vez, um comportamento distinto por parte dos revestimentos, quando sujeitos

a variações como no tipo de material e na direção de incidência da radiação. É então visível

uma discrepância de valores em ambos os materiais com a variação da direção de incidência da

fonte, a qual dificulta a determinação da orientação ideal da mesma. Ainda assim, analisando o

comportamento dos materiais quando sujeitos às diversas variáveis consideradas, verifica-se

que, tal como esperado, o revestimento em material compósito de fibra comprova a eficiência

do conceito baseado num caso natural. Assim sendo, o revestimento com melhor desempenho

é o de material compósito com estrutura de 15, correspondente aos ensaios F0 e F45.

5.1.2 Câmara termográfica

Em seguida, são apresentados todos os resultados termográficos obtidos nos ensaios, assim

como, uma breve análise dos mesmos. Estes resultados são apresentados sob a forma de imagem

térmica (termograma), como explicado no último ponto do capítulo anterior. As temperaturas

máximas e mínimas obtidas, em cada ensaio, encontram-se assinaladas nos termogramas por

HS1 e CS1, respetivamente.

A Figura 134 representa a o termograma referente à parede padrão com fonte de calor a 0 (A0).

Figura 134 - Termograma da parede padrão na face exterior e interior

Pela face exterior da parede é possível observar a distribuição da temperatura, sendo visível a

uma uniformidade de temperaturas elevadas (aproximadamente 90C) por toda a parede. A


141

temperatura máxima e mínima obtida foi 98,3C e 76,2C, respetivamente. Na face interior da

parede é visível a concentração de temperaturas elevadas (aproximadamente 40C), na zona

central da parede e nas juntas entre tijolos. A temperatura máxima e mínima obtida foi 43.4C

e 27,6C, respetivamente.

A Figura 135 apresenta o termograma referente à aplicação do revestimento em chapa zincada

lisa (0) com fonte de calor a 0 (B0).

Figura 135 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada lisa e da face interior da

parede correspondente

Observando o revestimento exterior é possível verificar uma concentração de temperaturas mais

elevadas na direção da incidência da fonte de calor e nos topos do mesmo. Neste caso, a

temperatura apresentada variou entre os 101,8C e 51,8C. Pela distribuição da temperatura na

face interior da parede, observa-se uma uniformidade de temperaturas por toda a parede,

destacando-se apenas a zona superior da parede e as juntas entre tijolos, onde a temperatura é

ligeiramente mais elevada. A temperatura máxima e mínima obtida foi 32.6C e 25,7C,

respetivamente.

A Figura 136 expõe o termograma exibido com a aplicação do revestimento em chapa zincada

a 15 com fonte de calor a 0 (C0).


142

Figura 136 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada com estrutura de 15° e

da face interior da parede correspondente

No termograma referente ao revestimento em chapa zincada a 15, é possível observar-se

temperaturas mais baixas, localizando-se as mais vivas na zona de incidência da fonte calor,

numa gama de 75C. Na zona superior assinalada (HS1) é atingida a temperatura máxima de

88,7C, sendo a temperatura mínima obtida de 43,9C. Na parte interior da parede é visível a

distribuição de temperaturas dentro do intervalo de 22,7C a 30.9C. Este valor máximo obtido

encontra-se assinalado (HS1) na figura anterior.

A Figura 137 apresenta o termograma referente à aplicação do Revestimento em chapa zincada

a 45 com fonte de calor a 0 (D0).



Na Figura 137 verificam-se valores elevados de temperatura, sendo notável a sua concentração

na zona superior do revestimento exterior, onde chega a atingir o valor máximo de 101,9C. Na


143

distribuição na parte interior da parede, é visível a predominância de temperaturas entre os 26C

e os 34,8C. A temperatura mais elevada situa-se na zona superior da parede e nas juntas da

mesma, como se pode observar pela temperatura máxima obtida (HS1).

A Figura 138 apresenta o termograma referente à aplicação do revestimento em material

compósito de fibra liso (0) com fonte de calor a 0 (E0).

Figura 138 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso e da face

interior da parede correspondente

Pelo termograma do revestimento exterior é possível observar-se uma distribuição uniforme da

temperatura, concentrando-se num intervalo de 61,6C (CS1) a 102C (HS1). Na parte interior

da parede foram registadas temperaturas mais baixas, num intervalo entre 22,4C (CS1) e

29,1C (HS1). Esta gama de temperatura é praticamente uniforme em toda a face da parede.


compósito de fibra a 15 com fonte de calor a 0 (F0).


144

Figura 139 - Termograma do revestimento exterior em material compósito com estrutura de

15° e da face interior da parede correspondente

Pela Figura 139 anterior é possível observar-se as cores mais quentes na extremidade do

revestimento, sendo notável a sua concentração na zona superior do mesmo. As temperaturas

do revestimento variaram entre 43,3C (CS1) e 102C (HS1). Pode ainda verificar-se a

deformação do revestimento em material compósito quando sujeito a temperaturas desta

gama. A face interior da parede apresenta uma coloração clara, correspondente a uma gama

de 22,4C a 29,1C. Esta gama de temperatura é praticamente uniforme em toda a face da

parede.


compósito de fibra a 45 com fonte de calor a 0 (G0).

Figura 140 - Termograma do revestimento exterior em material compósito com estrutura de

45° e da face interior da parede correspondente

Pela Figura 140 é possível observar-se as cores mais quentes nas zonas superiores das juntas

entre placas de material compósito de fibra. A temperatura mínima e máxima registada foi de


145

48,5C (CS1) e 92,5C (HS1), respetivamente. Pode ainda verificar-se a deformação do

revestimento em material compósito de fibra quando sujeita a temperaturas desta gama. Pelo

interior da parede é sentida uma temperatura mais baixa, num intervalo de 27,2C (CS1) a

36,1C (HS1). A temperatura obtida é praticamente uniforme em toda a face da parede,

concentrando-se as cores mais quentes na zona superior da mesma.

A Figura 141 representa a o termograma referente à parede padrão com fonte de calor a 45

(A45).

Figura 141 - Termograma da parede padrão na face exterior e interior

A face exterior da parede de referência apresenta uma predominância de cores quentes, sendo

visível a sua concentração na direção da incidência da fonte calor. A temperatura oscilou entre

os 61,1C (CS1) e os 93,5C (HS1). No lado interior da parede é visível uma variação de

temperaturas com oscilação entre 26,8C (CS1) e os 42,6C (HS1). Pode ainda observar-se que

a temperatura mais quente obtida se foca na zona superior da parede.


lisa (0) com fonte de calor a 45 (B45).


146

Figura 142 - Termograma do revestimento exterior em chapa zincada lisa e da face interior da

parede correspondente

Pelo revestimento em chapa zincada é percetível o registo de cores vivas, concentrando-se a

temperatura mais elevada na direção de incidência da fonte de calor. A temperatura variou entre

47,6C (CS1) e 102C (HS1). Pelo interior da parede é sentida uma temperatura mais baixa,

correspondendo a um intervalo de 23,5C (CS1) a 34,2C (HS1). Dentro desta gama, a

temperatura mais elevada concentra-se na zona superior da parede.

A Figura 143 apresenta o termograma referente à aplicação do revestimento em chapa zincada

a 15 com fonte de calor a 45 (C45).



No termograma referente ao revestimento em chapa zincada a 15, é possível observar-se

temperaturas mais claras, localizando-se as mais vivas na zona de incidência da fonte calor. Na

zona superior assinalada (HS1) é atingida a temperatura máxima de 91,8C, sendo a


147

temperatura mínima obtida de 37,1C. A face interior da parede apresenta uma coloração clara,

correspondente a uma gama de 23,3C a 29,4C. Esta gama de temperatura é praticamente

uniforme em toda a face da parede.


a 45 com fonte de calor a 45 (D45).



Na Figura 144, é possível observar-se uma distribuição uniforme de temperaturas mais claras.

Na zona superior assinalada (HS1) é atingida a temperatura máxima de 86,1C, sendo a

temperatura mínima obtida de 47,8C. Pelo interior da parede é sentida uma temperatura mais

baixa, correspondendo a um intervalo de 25,5C (CS1) a 32,1C (HS1). A temperatura obtida

é praticamente uniforme em toda a face da parede.

A Figura 145 expõe o termograma exibido com a aplicação do revestimento em material

compósito de fibra 0 com fonte de calor a 45 (E45).


148

Figura 145 - Termograma do revestimento exterior material compósito liso e da face interior

da parede correspondente

Pelo revestimento em material compósito de fibra é percetível o registo de cores vivas,

concentrando-se a temperatura mais elevada na direção de incidência da fonte de calor. A

temperatura variou entre 57,3C (CS1) e 102C (HS1). Pelo interior da parede é sentida uma

temperatura mais baixa, correspondendo a um intervalo de 24,4C (CS1) a 42,2C (HS1).

Dentro desta gama, a temperatura mais elevada concentra-se nas juntas e na zona superior da

parede.


compósito de fibra a 15 com fonte de calor a 45 (F45).

Figura 146 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso com estrutura

de 15° e da face interior da parede correspondente

Pela Figura 146 é possível observar-se temperaturas mais claras, localizando-se as mais vivas

na zona de incidência da fonte calor. Na zona superior assinalada (HS1) é atingida a temperatura

máxima de 69,6C, sendo a temperatura mínima obtida de 35,9C. Pelo interior da parede é


149

sentida uma temperatura mais baixa, correspondendo a um intervalo de 26,7C (CS1) a 31,8C

(HS1). A distribuição temperatura apresenta-se uniforme por toda a face da parede.

A Figura 147 expõe o termograma exibido com a aplicação do revestimento em material

compósito de fibra a 45 com fonte de calor a 45 (G45).

Figura 147 - Termograma do revestimento exterior em material compósito liso com estrutura

de 45° e da face interior da parede correspondente

Pela Figura 147 é possível observar-se as cores mais quentes nas zonas superiores das juntas

entre placas de material compósito de fibra. A temperatura mínima e máxima registada foi de

45,4C (CS1) e 91,8C (HS1), respetivamente. Pode ainda verificar-se a deformação do

material compósito quando sujeito a temperaturas desta gama. Pelo interior da parede é sentida

uma temperatura baixa, correspondendo a um intervalo de 24,8C (CS1) a 33,3C (HS1). A

distribuição temperatura apresenta-se uniforme por toda a face da parede.

Comparando os termogramas anteriores verifica-se que, tanto no lado exterior da parede padrão

(A0 e A45), como no revestimento em chapa ou em material compósito liso (B0 e B45 ou E0 e

E45) a distribuição de temperaturas é uniforme por toda a face analisada. Pelo lado interior,

observa-se uma concentração de temperaturas elevadas na zona central da parede e nas juntas

entre tijolos. Tal como nos valores registados pelos termopares, também pelos termogramas

apresentados se pode confirmar a elevada temperatura exterior por parte do revestimento em

material compósito com fibra. Em contrapartida, no caso da incidência de calor frontal, quando

se observa o seu lado interior verifica-se uma menor temperatura quando comparado com o

revestimento em chapa zincada. Esta contrariedade poderá dever-se ao facto do registo

termográfico não ter sido realizado em condições ideais, ou seja, deve-se a erros de registo.


150

Analisando-se os termogramas referentes aos restantes ensaios, verifica-se que o revestimento

em material compósito com fibra apresenta cores mais claras, que o revestimento em chapa,

quando sujeitos à incidência frontal de radiação. No entanto, quando comparamos o ensaio C0

com o D0 e o F0 com o G0, averigua-se uma contrariedade de temperaturas exteriores no caso

do ensaio G0, quando comparado com o registo dos termopares. Ainda assim, pela face interior

da parede esta situação não se verifica. No que diz respeito à distribuição térmica, verifica-se

uma coloração mais quente por parte das fibras, à exceção da face interior da parede referente

ao ensaio F0 e ao revestimento exterior no ensaio G0. Esta contrariedade de resultados entre

equipamentos poderá estar relacionada com a sensibilidade por parte da máquina termográfica,

que possivelmente origina erros aquando do seu registo. Com uma fonte calor inclinada,

observa-se que o revestimento em material compósito de fibra apresenta cores mais quentes

que o revestimento em chapa para ambas as faces avaliadas. Estes resultados vêm comprovar

os dados obtidos pelos termopares. Por exceção, o ensaio F15 apresenta menor temperatura na

face referente ao revestimento exterior, o que poderá dever-se a erros de registo termográfico.

Quando se compara o ensaio C45 com o D45 e o F45 com o G45, verifica-se uma semelhança

de resultados entre equipamentos, à exceção do ensaio D45 que apresenta menor temperatura

exterior que o C45, ao contrário do exibido pelos termopares. Mais uma vez, esta distinção

deverá estar relacionada com erros de registo termográfico. Examinando-se a distribuição de

temperaturas para ambos os materiais e direção incidente de radiação, comprova-se a

funcionalidade pretendida, unicamente por parte do sistema fibroso estudado.


151

CAPITULO 6 – CONCLUSÕES

No presente capítulo são apresentadas as conclusões de todo o trabalho executado. Para além

disso, são ainda sugeridos estudos futuros, de forma a complementar a presente dissertação, ou

até colmatar possíveis falhas existentes na mesma.

6.1 Conclusão geral

Atualmente, confirmar-se uma crescente necessidade em garantir um desenvolvimento

sustentável, recorrendo apenas a recursos naturais sem comprometer gerações futuras. No que

se refere à área da construção, é necessário para tal, aumentar-se a eficiência energética dos

edifícios, sem descartar as exigências por parte dos padrões do conforto social. Neste sentido,

os trabalhos de reabilitação apresentam-se como uma excelente oportunidade de melhorar o

comportamento térmico dos edifícios, obtendo valores ótimos de eficiência energética e

sustentabilidade. Desta forma, surgiu a necessidade de se recorrer a uma infinidade de soluções

de design sintetizadas por seleção natural e de as aplicar tecnicamente em projetos otimizados.

Assim, está-se a empregar a chamada biomimética que se distingue das restantes ciências, por

transferir as boas ideias de design natural para aplicação em projetos técnicos de engenharia.

Neste contexto, o objetivo principal da presente dissertação, passou pelo estudo de um sistema

biomimético com base em materiais compósitos reforçados por fibras de juta com função de

isolamento térmico, a aplicar na reabilitação de edifícios. Assim, seguiu-se uma metodologia

baseada no biomimetismo, em que após a identificação e análise de diversas soluções existentes

na natureza se chegou ao desenvolvimento de um sistema com a funcionalidade de

revestimento, baseado no comportamento dos catos do deserto. O ser natural selecionado, mais

propriamente os catos que habitam no deserto, possuem a capacidade de se proteger da elevada

radiação solar, através do sombreamento provocado pela estrutura das pregas e pelos espinhos

existentes em cada uma delas. Curiosamente a cada prega exterior corresponde uma nervura

interior que lhe confere ainda a capacidade de reflexão de calor e redução de evaporação de

água. Esta característica promove-lhe a possibilidade de áreas de sombra para arrefecimento, à

custa da sua reduzida superfície. Este fenómeno deve-se então, à ocorrência de planos

alternados entre a incidência de luz solar nos catos (colocados verticalmente) e as sombras


152

provocadas pelas suas nervuras. Com base nesta ideia natural, foi executada uma estrutura em

lâminas, considerando-se diversas variáveis, tais como o tipo de material, o ângulo das lâminas

e ainda a direção de incidência de radiação. Para avaliação do desempenho desta solução,

desenvolveu-se um modelo físico, tenho sido realizados diversos ensaios e analisado o

comportamento de cada sistema para ambos materiais, através das temperaturas registadas por

um conjunto de termopares e dos termogramas obtidos pela máquina termográfica.

Após a análise de resultados, é importante realçar algumas conclusões. Assim, considerando os

resultados obtidos pelos termopares, é percetível a superioridade de temperaturas por parte do

revestimento em material compósito de fibra lisa, quando comparado com o revestimento em

chapa zincada lisa (sem qualquer ângulo entre lâminas). Aliás, isto notório quando o

revestimento em fibra com incidência de radiação inclinada, dissipa apenas (-3%) para 15% do

revestimento em chapa, o que significa que para além de não evitar a passagem de calor, a

temperatura na face exterior da parede, chega a ser superior à registada na superfície do próprio

revestimento. No entanto, verificamos um comportamento inconstante por parte do

revestimento em chapa, pois apesar de em alguns ensaios ter apresentado um menor aumento

da temperatura na face interior, a sua dissipação por parte do revestimento correspondente,

também foi baixa, o que implica que este resultado se deve principalmente à ação de dissipação

por parte do elemento construtivo. Para além disso, variando os ângulos entre lâminas, para um

mesmo material em chapa zincada verifica-se, ao contrário do previsto, melhores resultados

com a aplicação do revestimento liso com incidência frontal de radiação, do que com a estrutura

em lâminas de 15 para qualquer direção de incidência da fonte de calor. Este resultado não

comprova a funcionalidade pretendida do sistema executado, o que leva a concluir que este

material não possuí as propriedades necessárias para a estrutura pretendida.

Contrariamente ao descrito anteriormente, com a aplicação do revestimento em material

compósito de fibra de juta, o estudo em causa é comprovado, uma vez que quanto menor forem

as aberturas entre lâminas, menores são as temperaturas registadas. Isto é, quando é a aplicado

um revestimento em material compósito de fibra com abertura de 15 entre lâminas, as

temperaturas registadas na superfície de cada elemento são mais baixas do que nos restantes

ensaios. Tal como expetável, quando aplicada uma fonte de calor inclinada são ainda registados

menores temperaturas na superfície interior.


153

Pelos termogramas resultantes da máquina termográfica, observamos pela área exterior, uma

distribuição uniforme por parte da parede padrão e dos revestimentos lisos. Nos revestimentos

com aberturas entre lâminas, nota-se uma maior concentração de temperaturas mais elevadas

(cores quentes) nas extremidades das lâminas (“pregas”), principalmente na zona de incidência

de radiação. Pelo lado interior, observa-se uma concentração de temperaturas elevadas na zona

central da parede e nas juntas entre tijolos, sendo ainda mais eminente quando correspondente

à parede padrão ou aos revestimentos lisos. Comparando os resultados obtidos em ambos os

equipamentos, observam-se certas discordâncias entre eles, que se apontam como falhas de

registo termográfico, aquando da utilização da máquina em questão. Ainda assim, avaliando-se

a distribuição de temperaturas para ambos os materiais e direção incidente de radiação,

comprova-se mais uma vez, a funcionalidade do sistema estudado com a aplicação da estrutura

em fibra de juta.

Neste contexto, é possível concluir-se que o objetivo principal da presente dissertação, em

contribuir para a redução do consumo energético, assim como, para o aumento do conforto

térmico em edifícios, é alcançado com a implementação de soluções biomiméticas inspiradas

na estrutura dos catos, a partir de revestimentos fibrosos com estruturas laminares de aberturas

a 15. Assim, a estrutura considerada é uma boa solução construtiva, no sentido em que se

baseia em técnicas de design natural, usando preferencialmente materiais sustentáveis.

6.2 Previsão de estudos futuros

Apesar do Homem usufruir de numerosos conhecimentos acerca de técnicas naturais, este ainda

não tem um domínio total sobre a natureza, o que implica um longo caminho a percorrer, até

igualar as suas tecnologias científicas às técnicas que a Natureza possui. O estudo abordado na

presente dissertação constituí um impulso nesse sentido.

Futuras investigações poderiam abranger a utilização de novos materiais, com o intuito de

perceber qual o que melhor se adequada ao tipo de estrutura e funcionalidade. De igual forma,

poderão ser testados diferentes ângulos de abertura entre lâminas ou até temperaturas climáticas

distintas (temperatura radiação incidente mais baixa). Poderá ainda, ser testado uma fonte de

calor com termostato, onde é possível regular a temperatura incidente. De forma a colmatar

possíveis erros de registo, deverão ser registadas fotos termográficos antes do início da cada

ensaio, assim como, aquando da sua estabilização.


154


155

REFERÊNCIAS

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