CARACTERIZAÇÃO TÉRMICA DE COBERTURAS VERDES DE BASE

POLIMÉRICA

Plínio de A. T. Neto¹ (M), Leôncio D. T. Câmara²

Endereço institucional do(s) autor(es). Incluir o e-mail do autor designado para receber as correspondências. Ex.:

1 - Universidade do Estado do Rio de janeiro – UERJ, IPRJ, Nova Friburgo – RJ, ionilp@hotmail.com,

2 - Universidade do Estado do Rio de janeiro – UERJ, IPRJ, Nova Friburgo – RJ, diogenescamara@gmail.com

Resumo: A utilização de coberturas verdes em telhados são uma solução simples e barata, no aumento do conforto e

também produtividade humana em ambientes domiciliares e também industriais. A literatura na área é bem significativa

quanto ao potencial e viabilidade da utilização de telhados verdes no aumento do conforto de ambientes, porém é muito

carente de métodos e técnicas de determinação de propriedades térmicas destes materiais. Neste projeto o objetivo é

desenvolver um método de caracterização térmica, de coberturas verdes de base polimérica, utilizando a resistência

térmica equivalente. Os dados experimentais de perfis de temperatura são comparados em duas situações, com e sem

cobertura verde, podendo com isso inferir quanto à condutividade térmica do material composto pela aplicação de

balanços de energia e fenômenos de transferência de calor nos módulos. Os primeiros resultados mostraram-se

promissores já que foram obtidos valores de condutividade térmica próximos daqueles observados na literatura para

materiais similares (Incropera e Witt, 1992).

Palavras Chave: Conforto térmico. Caracterização térmica. Coeficiente de condutividade térmica k. Commelina.

Desempenho térmico. ABNT 15220.

Thermal Characterization of Green Roofs Base Polymer

Abstract: The use of green roofs on roofs are a simple and inexpensive solution, increasing comfort and also human

productivity at home as well as industrial environments. The literature in the field is quite significant as the potential

and feasibility of using green roofs in increasing the comfort of environments, but is very lacking in methods and techniques of determination of thermal properties of these materials. In this project the aim is to develop a method of

thermal characterization of green roofs polymer-based, using a equivalent thermal resistance. The experimental data of

temperature profiles were compared in two cases, with and without green cover, and this may infer the thermal

conductivity of the composite material by applying energy balance and heat transfer phenomenon in the modules. The

first promising results were as thermal conductivity values obtained were close to those observed in the literature for

similar materials (Incropera and Witt, 1992).

Keywords: Thermal comfort. Thermal characterization. Conductivity coefficient conductivity k. Commelina. Thermal

performance. ABNT 15220.

Introdução A busca por conforto sempre foi um dos maiores propósitos da humanidade. Desde as eras

mais remotas da sociedade ele foi almejado, seja através de uma simples fogueira, uma caverna, ou

às tecnologias mais avançadas como os aparelhos de ar refrigerado de automóvel. O bem-estar é

composto de inúmeras variáveis, uma dessas é a climatização de um ambiente fechado.

A alternativa moderna para esse problema, no modo chamado ativo, é a utilização de

aparelhos de condicionamento de ar, porém, devido aos elevados gastos energéticos e de

manutenção, na década de 70, uma das alternativas estudada por pesquisadores acadêmicos é

conhecida como: cobertura vegetal, (cobertura verde leve) CVL, ou até mesmo como cobertura

verde, terminologia que usaremos nesse trabalho [3,5].

Experimental Existem poucas informações técnicas sobre essa tecnologia, assim como dados

experimentais, que comprovem a sua eficiência térmica como isolante, tais como: condutividade

térmica aparente (k), bem como capacidade térmica aparente (c) e densidade aparente (ρ).

Para a obtensão destes dados elaboramos: a construção de dois módulos experimentais, um

com uma cobertura verde e outro com uma cobertura tradicional, e um sistema para aquisição de

dados: como as temperaturas internas de cada módulo e a exterior.

Os módulos foram construídos, Fig. 1, com largura de 1m, comprimento 1,5 m e altura de 1

m, foram construídos com cantoneiras soldadas de ferro de 1/2´´x 1/2´´, e em todas as faces, exceto

a superior, foram cobertas por placas de madeirite de 6 mm de espessura, sobrepostas por isopor de

150 mm de espessura. Nas faces superiores formam as cobertas diferentemente, com o objetivo de

realizar a comparação entre uma cobertura com dados técnicos normatizados existentes e a outra de

cobertura verde (Trapoeraba) com propriedades desconhecidas.

Termístores foram instalados no centro de cada módulo a 50 cm de distancia das coberturas,

e um terceiro termístor externamente, para captação da temperatura ambiente.

Os módulos foram posicionados um ao lado do outro, para que não sofram diferença no

recebimento da radiação solar.

A planta selecionada para a cobertura foi a Trapoeraba, seu nome científico é Commelina

Diffusa. Que se caracteriza por sua alta resistência às intempéries e a necessidade de pouco

substrato – apenas uma camada inferior a 10 mm [1].

Figura 1. (à esquerda) Módulo1: espuma de polietileno+fibra de vidro+telha, (à direita)

Módulo2: trapoeraba+telha. FONTE: O autor, 2014.

Resultados e Discussão

O ensaio, realizadas em 30/01/2014: o módulo1, em cobertura formada por espuma de

polietileno+fibra de vidro+telha e, módulo2, em cobertura formada por trapoeraba+telha.A

representação simplificada desses módulos com o circuito térmico equivalente segue na Fig. 4. E os

resultados das medições estão representados na Fig. 3.

Figura 3. Temperaturas tempo

FONTE: O autor, 2014.

Figura 4. Temperaturas tempo FONTE: O autor, 2014.

Determinação da condutividade térmica aparente k (w/m.k) pelo método de equivalência.

Comentários: Pela Figura 3, a temperatura dos dois módulos se manteve praticamente

constante em torno de 24º C, havendo uma pequena diferença depois das 14:00h. Sendo assim o

período de 14:00h e 16:30h foi desconsiderado para o cálculo do coeficiente de condutividade

térmica equivalente relativo à trapoeraba ( ), devido às diferenças nas temperaturas

internas dos módulos, sendo assim, os fluxos de calor nos dois módulos são aproximadamente

iguais.

Dados:

= 0,0263 , = 0,17 , = 0,045 , = 0,0421 m, = 0,0185 m,

= 0,0005 m, = 0,07033 m

Considerações:

1- As temperaturas médias foram consideradas apenas na área não hachurada.

2- Regime permanente, pois foram consideradas as temperaturas médias.

3- Transferência de calor unidimensional.

4- A resistência de contato, entre espuma e fibra de vidro, considerada como ar com

propriedades a 300K e espessura de 0,0421m.

5- A resistência de contato, entre a fibra de vidro e telhado, desprezada.

6- Trocas radiantes desprezadas.

7- O fluxo de calor nos dois módulos é aproximadamente igual.

Análise:

Para se obter o valor da condutividade térmica equivalente relativa à trapoeraba

( ), será feita uma equivalência do fluxo de calor de cada cobertura, pois eles

são aproximadamente iguais, assim como as temperaturas exteriores e interiores.

A resistência térmica por condução é dada pela equação (1).

:. = eq.: 3.6, pág. 64 Incropera [2] (1)

O valor do vai ser obtido igualando as equações das taxas de transferência

de calor ( ) dos módulos 1 e 2.

:. eq.: 3.11, pág. 64 Incropera [2] (2)

(3)

(4)

Como, :

=

= (5)

Racionalizando:

(6)

Isolando o :

(7)

Substituindo os valores:

(8)

(9)

Determinação da densidade aparente ρ (kg/m³) e do calor específico c (kJ/kg.k)

Para a determinação da densidade aparente ρ (kg/m³), e do calor específico c (kJ/kg.k) foram

utilizados dados obtidos no trabalho do (RONCHI, 2000). Os cálculos não serão abordados nesse

trabalho como no caso da condutividade térmica (k), mas serão expostos na tabela 1 por se tratarem

de dados necessários na aplicação de cálculos de transferência de calor em edificações, como por

exemplo na NBR(15220) [6].

Tabela 1. Propriedades térmicas da trapoeraba

Propriedades da

Trapoeraba Valores

Condutividade térmica

aparente (k)

Calor específico (c)

Densidade ( ) 1108

FONTE: O autor, 2014.

Conclusões

Este método alcançou ao que se propôs, vide Tabela 1: fazer uma avaliação quantitativa da

condutividade térmica aparente (k), de coberturas verdes de base polimérica, utilizando a resistência

térmica equivalente, equações (3) e (4), relativas aos módulos experimentais Fig. 1, e para uso

complementar a capacidade térmica aparente (c) e a densidade aparente (ρ) da planta denominada

vulgarmente como Trapoeraba. Concluímos que esse caminho traçado servirá para casos

semelhantes usando como cobertura verde, outras espécies de plantas, bem como para uma

avaliação teórica, tomando essas propriedades emprestadas para uma primeira avaliação

quantitativa, com o intuito de ter um balizamento para outras aplicações.

Referências Bibliográficas

1. F. M. Garcia Blanco. Trapoeraba uma planta daninha de difícil controle. Disponivel em:

<http://www.biologico.sp.gov.br/artigos_ok.php?id_artigo=132 >Acesso em 15 de 04 de 2014

2. INCROPERA; DEWITT; BERGMAN; LAVINE. Fundamentos de transferência de calor e de

massa. 6 ed. Rio de Janeiro: LTC, 2008. P. 64, 43 e anexo A.

3. OSMUNDSON, T. Roofs gardens: history, design and construction. New York: W.W. Norton,

1999.

4. RONCHI, C. P.; SILVA, A. A.; TERRA, A. A.; MIRANDA, G. V.; FERREIRA, L. R.

Potencial de duas espécies de trapoerabas infestantes de lavouras de café. DFT/UFV, Viçosa.

MG (2000). Disponível em:<http://www.sapc.embrapa.br/index.php/start-download/ii-

simposio-de-pesquisa-dos-cafes-do-brasil/756-potencial-competitivo-de-duas-especies-de-

trapoerabas-infestantes-de-lavouras-de-cafe> Acesso em 20 de 04 de 2014

5. INTERNATIONAL GREEN ROOF ASSOCIATION. Disponível em: <www.ingra-wold.com>

site traduzido, por Neusiane da Costa Silva. Acesso em 10 fev. 2014.

6. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 15220: Desempenho térmico

de edificações: definições, símbolos e unidades. Rio de Janeiro, 2003.