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1 CENTRO UNIVERSITÁRIO SANTO AGOSTINHO – UNIFSA COORDENAÇÃO DE ENGENHARIA CIVIL DANIELA CAMILA RODRIGUES FREITAS PATRICIA ANGELIM NUNES ANÁLISE COMPARATIVA DO CONFORTO TÉRMICO EM PROTÓTIPOS DE EDIFICAÇÕES COM UTILIZAÇÃO DA MANTA FLEX FOIL E DA MANTA DE CAIXAS TETRA PAK TERESINA-PI 2019 2 DANIELA CAMILA RODRIGUES FREITAS PATRICIA ANGELIM NUNES ANÁLISE COMPARATIVA DO CONFORTO TÉRMICO EM PROTÓTIPOS DE EDIFICAÇÕES COM UTILIZAÇÃO DA MANTA FLEX FOIL E DA MANTA DE CAIXAS TETRA PAK Trabalho de conclusão de Curso apresentado à coordenação do Curso de Engenharia Civil do Centro Universitário Santo Agostinho como requisito parcial a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Orientador: Prof. Esp. Ítamo Miguel Batista de Araújo TERESINA-PI 2019 3 DANIELA CAMILA RODRIGUES FREITAS PATRICIA ANGELIM NUNES ANÁLISE COMPARATIVA DO CONFORTO TÉRMICO EM PROTÓTIPOS DE EDIFICAÇÕES COM UTILIZAÇÃO DA MANTA FLEX FOIL E DA MANTA DE CAIXAS TETRA PAK Trabalho de conclusão de Curso apresentado à coordenação do Curso de Engenharia Civil Do Centro Universitário Santo Agostinho como requisito parcial a obtenção do título de Bacharel em Engenharia Civil. Data de aprovação: ___/___/____ ____________________________________________ Prof. Esp. Ítamo Miguel Batista de Araújo Centro Universitário Santo Agostinho ____________________________________________ Prof. Esp. Maércio Vasconcelos Centro Universitário Santo Agostinho 4 AGRADECIMENTOS Agradeço a Deus pelo dom da vida e por termos conseguido terminar esse trabalho. E agradecemos ainda, aos nossos pais e amigos pelos incentivos e apoio, ao nosso orientador Ítamo Miguel Batista de Araújo pela paciência e apoio para conosco. 5 RESUMO FREITAS, R. C. D; NUNES, A. N. Análise Comparativa do Conforto Térmico em Protótipos de Edificações com Utilização da Manta de Alumínio e da Manta de Caixas de Tetra Pak. p. Monografia (Graduação em Bacharelado em Engenharia Civil) – Centro Universitário Santo Agostinho: UNIFSA, 2019. Os equipamentos condicionadores de ar tornaram-se itens indispensáveis atualmente, porém um dos efeitos da sua larga utilização é o alto consumo de energia elétrica que para ser produzida demanda grandes investimentos que afetam o meio ambiente e para ser consumida demandam uma grande quantia monetária dos usuários. Diante dos problemas expostos têm-se notado uma grande movimentação de estudos e investimentos em novas tecnologias e reutilização de materiais que visam reduzir o consumo de energia e proporcionar a indivíduos que não possuem acesso a ares- condicionados um ambiente confortável termicamente, um desses novos produtos são as mantas térmicas reflexivas. No presente trabalho será abordado a utilização de duas mantas térmicas reflexivas, a flex foil e uma manta confeccionada através de caixas tetra pak, estas serão aplicadas em 2 (dois) protótipos de edificações, onde será feito o comparativo de conforto térmico entre os ambientes utilizando-se de 3 (três) tipos de coberturas diferentes, a primeira de telha cerâmica, a segunda telha de fibrocimento e a última a telha de aço zincada, observando o comportamento térmico do ambiente através da utilização das 2 (duas) mantas diante dos 3 (três) materiais utilizados na cobertura. Palavras-chave: conforto térmico, mantas térmicas, cobertura, sustentabilidade. 6 ABSTRACT FREITAS, R. C. D; NUNES, A. N. Comparative Analysis of Thermal Comfort in Building Prototypes Using Aluminum Blanket and Tetra Pak Box Blanket. p. Monography (Undergraduate Degree in Civil Engineering) - Centro Universitário Santo Agostinho: UNIFSA, 2019. Air conditioning equipment has become indispensable items today, but one of the effects of its wide use is the high consumption of electric energy that to be produced demands large investments that affect the environment and to be consumed demand a large monetary amount of the users. In view of the above problems, there has been a great movement of studies and investments in new technologies and reuse of materials that aim to reduce energy consumption and to provide individuals who do not have access to air conditioning a thermally comfortable environment, one of these new products are the reflective thermal blankets. In the present work the use of two reflective thermal blankets, the flex foil and a blanket made by tetra pak boxes will be approached, these will be applied in two (2) prototypes of buildings, where comparative thermal comfort will be made between the environments using (3) different types of coverings, the first of ceramic tile, the second asbestos cement tile and the last one the galvanized steel tile, observing the thermal behavior of the environment through the use of the 2 (three) materials used in the coverage. Key words: thermal comfort, thermal blankets, coverage, sustainability. 7 LISTA DE ILUSTRAÇÕES Figura 1 Telha Brasilit (A), Telha Fibrotex (B) e Telha Kalhetão 90 (C) ...................................... 19 Figura 2 Mapa das zonas bioclimáticas brasileiras .......................................................................... 20 Figura 3 Dados de algumas cidades brasileiras ................................................................................ 20 Figura 4 Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 7 ................ 21 Figura 5 Camada das embalagens Tetra Pak.................................................................................... 29 Figura 6 Protótipos de residências de alvenaria de tijolo cerâmico, cobertura de telhas de fibrocimento e a abertura frontal de 38,00x31,00cm........................................................ 31 Figura 7 Protótipos de residências de alvenaria de tijolo cerâmico, cobertura de telhas cerâmicas abertura frontal de 38,00x31,00cm..................................................................32 Figura 8 Caixas de Tetra Pak utilizadas para a confecção da manta. ............................................. 32 Figura 9 Painel das caixas Tetra Pak. ................................................................................................ 33 Figura 10 Termohigrômetro. .............................................................................................................. 33 Figura 11 Termômetro de contato ...................................................................................................... 33 8 LISTA DE GRÁFICOS Gráfico 1 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak instaladas em cobertura de telha de fibrocimento no dia 02 de maio de 2019 ................................. 35 Gráfico 2 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha de fibrocimento no dia 04 de maio de 2019 ...................................................................... 36 Gráfico 3 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha de fibrocimento no dia 05 de maio de 2019.............................................................. 37 Gráfico 4 Comparativo entre as médias diárias da temperatura de contato das mantas Tetra Pak e Flex Foil sob o telhado de fibrocimento ............................................................................. 37 Gráfico 5 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta Tetra Pak e Flex Foil com a cobertura de telha de fibrocimento em relação à temperaturaambiente externa no dia 02 de maio de 2019. .................................................................................... 38 Gráfico 6 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta tetra pak e flex foil com a cobertura de telha de fibrocimento em relação à temperatura do ambiente do local no dia 04 de maio de 2019. ....................................................................................... 39 Gráfico 7 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta Tetra Pak e Flex Foil com a cobertura de telha de fibrocimento em relação à temperatura ambiente exterior no dia 05 de maio de 2019.................................................................................40 Gráfico 8 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha cerâmica no dia 11 de maio de 2019..............................................................................41 Gráfico 9 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha cerâmica no dia 12 de maio de 2019. ................................................................................ 42 Gráfico 10 Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha de cerâmica no dia 14 de maio de 2019. ........................................................................... 42 Gráfico 11 Comparativo entre as médias diárias da temperatura de contato das mantas Tetra Pak e Flex Foil sob o telhado cerâmico ...................................................................... ................43 Gráfico 12 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta tetra pak e flex foil sob a telha cerâmica em relação à temperatura do local no dia 11 de maio de 2019 ............................................................................................................................................. 44 Gráfico 13 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta tetra pak e flex foil sob a telha cerâmica em relação à temperatura do local no dia 12 de maio de 2019 ............................................................................................................................................. 44 Gráfico 14 Comparativo entre a temperatura ambiente dos protótipos com manta Tetra Pak e Flex Foil sob a telha cerâmica em relação à temperatura do local no dia 14 e maio de 2019. ............................................................................................................................................. 45 Gráfico 15 Comparativo entre as médias diárias da temperatura ambiente das mantas Tetra Pak e Flex Foil sob o telhado de fibrocimento..........................................................................46 Gráfico 16 Comparativo entre as médias diárias da temperatura ambiente das mantas Tetra Pak e Flex Foil sob o telhado cerâmico.....................................................................................46 9 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 2 de maio de 2019. ............................................................ 35 Tabela 2 Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 4 de maio de 2019 ............................................................. 36 Tabela 3 Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 5 de maio de 2019 ............................................................. 37 Tabela 4 Dados obtidos com a aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 2 de maio de 2019. ................................................... 38 Tabela 5 Dados obtidos com a aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 4 de maio de 2019 .................................................... 39 Tabela 6 Dados obtidos com a aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 5 de maio de 2019 ..................................................... 40 Tabela 7 Aferição do termômetro de contato nos protótipos com a cobertura de telha de cerâmica, no dia 11 de maio de 2019.....................................................................41 Tabela 8 Aferição do termômetro de contato nos protótipos com a cobertura de telha de cerâmica, no dia 12 de maio de 2019 ....................................................................... 41 Tabela 9 Aferição do termômetro de contato nos protótipos com a cobertura de telha de cerâmica, no dia 14 de maio de 2019 ....................................................................... 42 Tabela 10 Aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha cerâmica, no dia 11 de maio de 2019...........................................................................................43 Tabela 11 Aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha cerâmica, no dia 12 de maio de 2019 ............................................................................................. 44 Tabela 12 Aferição do termômetro de ambiente nos protótipos com a telha cerâmica, no dia 14 de maio de 2019............................................................................................45 1 0 SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................... 12 1.1 Tema ....................................................................................................................................... 12 1.2 Problema de Pesquisa .......................................................................................................... 14 1.3 Hipóteses ................................................................................................................................ 15 1.4 Objetivos ............................................................................................................................... .15 1.4.1 Objetivo Geral ....................................................................................................................... 15 1.4.2 Objetivos Específicos ............................................................................................................ 15 1.5 Justificativa ........................................................................................................................... 15 2 REFERENCIAL TEÓRICO ............................................................................................. 17 2.1 Cobertura ..................................................................................................................... ........17 2.1.1 Telhas Cerâmicas .............................................................................................................. .18 2.1.2 Telhas Onduladas de Fibrocimento .................................................................................. 18 2.2 Conforto Térmico............................................................................................................ 19 2.3 Sustentabilidade na Construção Civil........................................................................... 22 2.4 Manta térmica de Alumínio............................................................................................25 2.5 Manta térmica de Tetra Pak.......................................................................................... 28 3 METODOLOGIA ............................................................................................................... 30 3.1 Procedimentos Metodológicos ............................................................................................30 3.2 População e Amostra .......................................................................................................... 30 3.3 Procedimentos de coleta de dados..................................................................................34 4 RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................................... .35 4.1 Análise das temperaturas de contato das mantas Flex Foil e Tetra pak instaladas com 4elha de fibrocimento.......................................................................................................35 4.2 Análise das temperaturas ambiente no interior dos protótipos com uso das mantas Flex Foil e Tetra pak nas coberturas com telha de fibrocimento em comparação com a temperatura ambiente externa....................................................................................38 1 1 4.3 Análise das temperaturas de contato das mantas Flex Foil e Tetra pak instaladas com telha cerâmica.................................................................................................................40 4.4 Análise das temperaturas ambiente no interior dos protótipos com uso das mantas Flex Foil e Tetra pak nas coberturas com telha cerâmica em comparação com a temperatura ambiente externa.....................................................................................43 5 CONCLUSÃO......................................................................... ......................................47 REFERÊNCIAS.................................................................................................................. 49 APÊNDICE A- FOTOGRAFIA.........................................................................................58 APÊNDICE B.......................................................................................................................61 APÊNDICE C.......................................................................................................................64 APÊNDICE D.......................................................................................................................67 APÊNDICE E.......................................................................................................................68 APÊNDICE F.......................................................................................................................69 APÊNDICE G.......................................................................................................................70 12 1. INTRODUÇÃO 1.1 Tema Sabe-se que a preocupação com o conforto térmico dos ambientes é retratada desde os primórdios, quando o homem produzia fogo e vestia-se com casacos de pele para se proteger do frio ou em épocas quentes se mantinham em cavernas ou grutas. Segundo Di Clemente (2009), a noção humana do clima e a sensação de conforto térmico devem-se não só a fatores fisiológicos, mas também psicológicos e culturais. Ainda no século passado, havia grande preocupação quanto às condições climáticas da região das construções, pois não haviam maneiras de promover o conforto térmico, como equipamentos de condicionamento do ambiente. Segundo Lamberts et al., (1997), com as revoluções industriais novos equipamentos foram criados com o intuito de promover um ambiente mais agradável para os trabalhadores, visto que anteriormente utilizavam-se recursos naturais para estas funções e esses equipamentos passariam a funcionar por meio de fontes energéticas. Porém, atualmente existem muitos materiais e produtos que não necessitam de fontes de energia para desempenharem a função de isolantes térmicos e que são facilmente instalados em residências que não possuem forro. Vitorino et. al., (2003), diz que esses materiais são divididos em duas classes, os que resistem a transferência do calor por meio da condução, que são os isolantes resistivos e os que dificultam a transmissão de calor por radiação, os isolantes reflexivos. Na concepção de um projeto de engenharia devem ser analisados diversos fatores para que se obtenha um resultado satisfatório ao término da obra. No Brasil, um país predominantemente tropical, onde grande parte do ano é marcada pela estação quente, surge cada vez mais uma preocupação com o conforto térmico. Esse clima quente força o uso de equipamentos movidos a fontes energéticas, como a eletricidade, por exemplo temos o ar-condicionado, onde no Brasil tanto em setores comerciais quanto em residenciais este é responsável por 20% do consumo de energia (GELLER, 1990). Segundo Getter e Rowe (2006), o desconforto térmico existente nas edificações dos grandes centros urbanos ocorre em consequência do desequilíbrio ambiental, perda de vegetação, dificuldade de absorção da água devido ao aumento de área impermeável, associado à facilidade de alguns materiais em reter calor. Já Lamberts e Trianna (2010), concluíram que a arquitetura contribui para influências externas nos ambientes internos das edificações, como exemplo a incidência de sol nos mesmos. Em casos onde os fatores arquitetônicos não são planejados ou mesmo haja outros fatores em que ocasione 13 desconforto térmico, algumas alternativas podem ser adotadas para minimizar os efeitos da incidência solar, como, por exemplo, o uso da manta térmica sob o telhado. O conforto térmico deve ser considerado em qualquer edificação, pois o mesmo é responsável pelo aumento ou diminuição do stress e fadiga causados aos residentes do local, consequentemente influenciando na qualidade de vida dos mesmos. Cada material proporciona uma sensação térmica diferente, dependendo da finalidade a que foi projetado, podendo ser avaliado através do desempenho térmico da cobertura. Akutsu e Lopes (1988), caracterizam o desempenho térmico como a relação entre o edifício e o ambiente térmico em que este se encontra, ou entre outros fatores ambientais como a radiação solar, a radiação emitida pelas superfícies, a temperatura, a quantidade de habitantes, a orientação solar ao longo do ano. As mantas térmicas flex foil à base de polietileno e na outra face filme de alumínio são materiais reflexivos, de fácil obtenção e que são aplicadas entre a trama do telhado e as telhas. Os materiais reflexivos, barreiras radiantes ou conhecidas também como foil, geralmente são mantas com espessuras finas e compõem-se de um material de baixa emissividade em uma ou ambas as faces, posicionada no elemento construtivo, o telhado, voltada para o espaço do ático podendo ser ou não ventilada (VITTORINO; SATO; AKUTSU, 2003). Com a crescente necessidade de se reaproveitar os materiais utilizados, cientistas criam novos materiais oriundos de produtos que seriam descartados, diminuindo a exploração de recursos naturais de maneira a preservá-los para as gerações futuras, incentivando o desenvolvimento sustentável. Esse gerou os principais objetivos das políticas ambientais e desenvolvimento dos quais se destacam a promoção do crescimento, o atendimento às necessidades de emprego, alimentação, energia, água, saneamento e principalmente conservação e aprimoramento dos recursos existentes reorientando as tecnologias e controlando o risco, incluindo o meio ambiente e a economia no processo decisório (DIAS, 2006). No âmbito da construção civil há uma gama de materiais que são reutilizados, seja pela própria empreiteira ou a mesma encaminha os resíduos a cooperativas que irão tratar e reciclar esses materiais. Porém, materiais do nosso dia a dia que são esquecidos e rejeitados por grande parte da população se reaproveitados podem assumir papéis importantíssimos dentro de um imóvel. Um desses materiais é a caixa de leite líquido (tetra pak), que têm como principal função a diminuição da temperatura dentro de um ambiente. A embalagem da caixa é composta de múltiplas camadas de papel, plástico e alumínio,o revestimento de alumínio reflete a radiação infravermelha solar e o 14 papelão propicia alta resistência à transferência de calor para o ambiente (NASCIMENTO et al., 2007). 1.2 Problema de pesquisa Segundo Gaudin e Bastos (2011), a qualidade ambiental tem como objetivo alcançar melhorias e/ou manter a característica do projeto de arquitetura, relativamente aos impactos da edificação no ambiente exterior e às condições de conforto, segurança e saúde dos usuários nos ambientes interiores da edificação. Na idealização de projetos de edificações, existem várias fases, possivelmente a que mais apresenta dificuldades é a da escolha de materiais a serem utilizados, nesse momento muitas variáveis devem ser consideradas, conforto ambiental, preço, disponibilidade e agilidade de execução. Dentre esses pode se destacar o conforto ambiental, que engloba o conforto térmico, acústico e a luminosidade, porém dentre estes o maior causador de transtornos é o conforto térmico. Grandjean (2005), diz que o calor excessivo provoca cansaço e sonolência, reduz a prontidão de resposta e aumenta o índice de falhas. Porém, ao se falar de conforto térmico, não são apenas as altas temperaturas responsáveis por afetar o cotidiano do ser humano, o frio demasiado também é um fator de extremo desconforto, mesmo as regiões brasileiras que em sua maioria são marcadas pelas estações quentes, essas outras parcelas de regiões em certas épocas do ano são surpreendidas pelo frio. As condições do clima geralmente não interferem na temperatura do corpo humano de maneira interna, pois a mesma varia entre uma constante de 33ºC e 41ºC, isso se dá por que o homem é um indivíduo homeotérmico (COSTA, 1982). Segundo Ashrae (2004), conforto térmico é uma condição da mente que manifesta a satisfação em relação ao meio ambiente térmico e é analisado por avaliação subjetiva. Em edificações um dos elementos construtivos que influi no conforto térmico é a cobertura e a utilização de forros, na maioria dos casos percebe-se a utilização apenas das telhas que também possuem uma grande variedade. Para a escolha adequada é necessário a busca de um profissional, o que em muitos casos não acontece. Desse modo o indivíduo sofre com as oscilações de temperatura. O uso das mantas térmicas nesses casos é indicado, pois apresentam baixo custo e podem ser instaladas em qualquer tipo de telha. As mantas térmicas podem ser reflexivas ou resistivas e são feitas de diversos materiais como lã de vidro, rocha, poliuretano ou isopor, porém estas geram maiores dificuldades e custos por necessitarem de um espaço de ar. As mantas térmicas comuns são produzidas a partir de revestimento aluminizado e além de proteger o local da radiação térmica tem custo reduzido e facilidade de 15 execução. A proteção da cobertura com mantas ajuda muito, pois a maior carga de calor chega pela cobertura. A temperatura de uma telha cerâmica pode chegar a 60 °C - 70 °C, e essa temperatura, irradia calor para o interior dos ambientes, afirma Sato (2003). O presente trabalho tratará da análise entre duas mantas reflexivas uma de material reciclado e outra de material industrializado, dentre os problemas do conforto térmico, custo do produto, e execução, qual das mantas apresenta melhor desempenho a manta aluminizada foil ou a manta de caixas Tetra Pak? 1.3 Hipóteses H1: A manta térmica de alumínio proporciona melhor conforto térmico; H2: A manta térmica de caixas de Tetra pak proporciona melhor conforto térmico; 1.4 Objetivos 1.4.1 Objetivo Geral Analisar o conforto térmico no interior de edificações com uso da manta térmica de alumínio e a manta térmica de caixas de Tetra Pack instalada em coberturas. 1.4.2 Objetivos Específicos Construir dois protótipos de edificações de alvenaria com medidas de 1,10x1,20m e utilizar como cobertura as telhas cerâmicas, fibrocimento e zinco; Avaliar as condições de conforto térmico nos ambientes dos protótipos com coberturas de telhas cerâmicas, telhas ecológicas e zinco utilizando manta térmica reflexiva flex foil; Investigar as condições de conforto térmico nos ambientes dos protótipos com coberturas de telhas cerâmicas, telhas ecológicas e zinco utilizando manta térmica reflexiva confeccionada com caixas de Tetra Pak; Analisar os dados obtidos através das aferições das temperaturas através de gráficos com o objetivo de comprovar qual das mantas térmicas apresenta melhor desempenho quanto a diminuição da temperatura no ambiente e com qual cobertura a mesma apresentou melhor resultado. 1.5 JUSTIFICATIVA O conforto térmico se tornou uma questão bastante discutida, onde os termos “efeito estufa” e “aquecimento global” se tornam cada mais frequentes em nosso dia a dia. É certo que as temperaturas nas grandes cidades têm aumentado a cada ano, e o homem sempre em busca de se adaptar ao seu meio busca mecanismos para amenizar os desconfortos causados por esses 16 fenômenos climáticos. Segundo Lopes (2008), o ambiente é termicamente confortável quando suas condições permitem a manutenção da temperatura interna sem a necessidade de que o organismo acione os mecanismos termorreguladores. As altas temperaturas influenciam diretamente no cotidiano humano, não só em termos físicos, mas também psicologicamente, estas estão entre os destaques dos quesitos que compõem o conforto ambiental. É um agente que interfere no desempenho das atividades físicas e intelectuais, isso ocorre por que para manter o corpo a uma temperatura em um limite admissível é preciso um consumo mais elevado de energia (FROTA; SCHIFFER, 2011). De acordo com Almeida (2010), é devido ao desenvolvimento tecnológico e aumento do padrão de vida das pessoas e a modernidade, a concepção de edifícios, quer para habitação, trabalho, ou lazer, passou a exigir um conjunto de funcionalidades nas quais o conforto, ganha particular destaque. Tendo como consideração os distúrbios climáticos que ocorrem com frequência em vários países do mundo, uma conscientização e investimentos em sustentabilidade, reciclagem e na ecologia surge, reutilizando materiais que antes não teriam nenhuma utilidade. Na construção civil, um dos maiores impulsionadores da economia, existem descobertas com materiais reciclados, porém muitos desses materiais acabam se tornando onerosos para certas regiões por não haver fábricas que os produzam. Em alguns casos as dificuldades, os alto custos e até desconhecimento do cliente em relação aos produtos ecológicos faz com que os mesmos não tenham tanto destaque dentre a maior parte da população, os levando a adquirir produtos locais e não recicláveis. Com isso, no setor da construção, um sistema de gestão pode otimizar a qualidade ambiental de uma edificação, promovendo a organização operacional e mantendo a sustentabilidade ambiental da edificação (REFERENCIAL TÉCNICO DE CERTIFICAÇÃO, 2007). No caso das edificações o conforto térmico é diretamente influenciado pela cobertura, qual seu tipo, aspectos arquitetônicos e condições do meio em que a mesma se encontra. Como já citado, a questão financeira é determinante para a escolha do material a ser utilizado, fazendo com que muitas pessoas sofram com as estações quentes por não se utilizar de material adequado. No entanto, há soluções possíveis para se reverter essa situação, com materiais como as mantas térmicas. De acordo com Güths et. al., (2004), um elemento popular no Brasil, para redução dos ganhos térmicos no ambiente pela cobertura são as mantas térmicas reflexivas, do tipo foil , estas são capazes de refletir 95% do calor irradiado com baixa emissividade (ε=5%), e é composta por folhas de alumínio. 17 Outra maneira inovadora de promover o conforto térmico, é o uso das caixas Tetra Pak, após abertas possuem uma face aluminizada se tornando também uma manta reflexiva, de acordo com a Tetra Pak(1999), no território brasileiro, foram cerca de 6 bilhões de embalagens distribuídas, sendo que quase em sua totalidade essas embalagens não são recicladas, o que faz com que as mesmas sejam queimadas aumentando a emissão de gases tóxicos na atmosfera. Portanto, diante do exposto em relação ao conforto térmico, da sua influência no dia a dia do homem, seu físico e psíquico, da importância do uso de materiais recicláveis e inovadores, dos custos incorridos e da disponibilidade e conhecimento desses materiais pela sociedade é relevante um estudo mais aprofundado em relação as mantas térmicas aluminizada foil e a manta de caixas Tetra Pak e seu desempenho em coberturas quanto ao bem-estar térmico. 2. REFERENCIAL TEÓRICO 2.1 Cobertura Cobertura é o termo utilizado para designar todo o conjunto da obra destinado a proteger as edificações da ação das intempéries, assim cobertura é o conjunto formado por telhas; estrutura secundária de apoio às telhas, denominada trama ou armação; pela estrutura principal de apoio, e pelas estruturas secundárias, que têm a função de manter a estabilidade do conjunto, usualmente denominada contraventamento. Nas coberturas residenciais, a estrutura principal mais utilizada é uma treliça triangular, usualmente denominada tesoura. Moliterno (2011), cita que as estruturas que irão compor um telhado podem ser de diversos materiais, como madeira, aço, alumínio ou concreto armado. As paredes, piso e material do telhados são elementos que influenciam diretamente na temperatura ambiente de uma residência, a cobertura por ser o elemento que recebe toda a radiação solar incidente e é o principal responsável pelo conforto térmico gerado dentro do edifício (FILHO, 1991). Segundo Azevedo (1997), as telhas são utilizadas como elementos de vedação para cobrir a estrutura do telhado, protegem a edificação, com a função principal de ser impermeável, leve além de trabalhar como isolante térmico e acústico. Existem vários tipos de telhados disponíveis no mercado, como telha de alumínio, poliestireno, fibrocimento e cerâmica, cada uma com características distintas, devido a isto na escolha do tipo de telhado deve-se levar em conta se é de fácil aplicação, resistente, baixo custo e se esta irá se adequar ao seu lugar de utilização. Através dos avanços tecnológicos as coberturas deixaram de ser apenas um agente protetor contra intempéries e passou a possuir outras atribuições que de acordo com Guerra et al., (2010), são 18 estas: acrescenta à cobertura a função de isolante térmico e acústico da edificação, visando o conforto do usuário, além das citar as funções estéticas e econômicas. 2.1.1 Telhas cerâmicas Em um projeto de engenharia a cobertura é de extrema importância, definindo-se por sua função, forma e arquitetura empregada. O tipo de cobertura com telha cerâmica sobre estruturas de madeira é um dos mais utilizados atualmente nas edificações brasileiras, pois este modelo de cobertura tem baixo preço. Bastos (2003), afirma que, as telhas cerâmicas se propagaram na américa quando os colonizadores europeus as trouxeram, no Brasil elas são utilizadas desde o descobrimento. De acordo com Brito e Paulo (2004), o telhado cerâmico se destaca por ter qualidade estética e uma diversidade de formas e estilos do material, o bom desempenho diante das intempéries e o baixo custo da matéria-prima e apresentam desvantagens como o alto desperdício durante os processos de fabricação, transporte e aplicação, a exigência de mão-de-obra especializada e a necessidade de elementos como rufos e calhas e isolamento térmico. A indústria da cerâmica está presente no mundo todo, e é considerada uma das indústrias mais antigas, sendo o Brasil é um dos grandes produtores mundiais. As telhas cerâmicas representam um dos principais produtos da indústria da cerâmica. São fabricadas através da argila pelo mecanismo de prensagem ou extrusão, e queimadas possibilitando que o produto final atenda às condições estabelecidas por Norma (ABNT, 2004). As telhas são classificadas em dois tipos, planas e curvas. As planas são conhecidas como francesas e telhas de escamas já as telhas curvas, que são conhecidas como colonial, paulista, paulistinha ou plan (YAZIGI, 2009). Dentre os modelos disponíveis das telhas cerâmicas destaca-se como mais utilizada nas mais diversas edificações a do tipo colonial. 2.1.2 Telhas onduladas de fibrocimento A telha de fibrocimento é bastante utilizada em coberturas residenciais e de acordo com a NBR 7581:1993 são constituídas por uma mistura específica e homogênea, composta por água, cimento Portland e fibras de amianto e complementado com outros componentes. São leves e resistentes, poucas peças cobre um telhado e é de baixo custo. Possuem espessuras 5 mm, 6 mm, e 8 mm e comprimento de 910 mm, 1220 mm, 1530 mm, 1830 mm, 2130 mm, 2440 mm, 2750 mm, 3050 mm e 3660 mm com tolerância de até 10 mm para mais ou para menos. A absorção de água deve ser igual ou menor que 37%. As ondas devem ser regulares e uniformes (NBR 7581:1993). 19 Figura 1 - Telha Brasilit (A), Telha Fibrotex (B) e Telha Kalhetão 90 (C). Fonte: Telha Norte e Damale. 2.2 Conforto Térmico A cada dia percebe-se uma preocupação maior com relação ao conforto térmico nas edificações criadas, por parte tanto da Engenharia e Arquitetura que são os executores e/ou idealizadores dos projetos e ainda dos clientes que a cada dia se tornam mais exigentes em relação não somente a esse parâmetro, isso ocorre pela evolução do homem que se torna cada vez mais crítico, consequência da quantidade e qualidade das informações disponíveis atualmente. Com relação ao conforto térmico é possível ter acesso a definições e parâmetros normativos utilizados para sua implantação, como segundo Dutra, Lamberts e Pereira (2004), as mínimas e máximas temperaturas confortáveis a um ser humano, em caso da temperatura se encontrar próxima dos 18° C deve haver o controle da ventilação natural e em casos de temperaturas próximas de 29°C deve-se controlar a incidência de radiação solar. Assim como as edificações o corpo humano também sofre com as variações de temperatura, isso por que o homem também é considerado uma máquina térmica. Quando se executa uma atividade o corpo gera calor, esta deve ser eliminada em quantidades iguais no meio, fazendo com que a temperatura interna do corpo não aumente, nem diminua. De acordo com Corbella e Yannas (2003), o ambiente é confortável para o indivíduo quando há uma equanimidade entre a temperatura de ambos. Em relação ao interior das edificações pode-se ressaltar que esta sofre influência do meio externo que é constantemente alterado pelo ser humano, a poluição dos carros e as energias geradas pelos grandes empreendimentos acabam por acarretar o fenômeno das ilhas de calor. Estudos já comprovaram os efeitos das ilhas de calor nos ambientes internos, de acordo com Emmanuel e Krüger (2012), em Glasgow, Escócia e ainda em Londres foram comprovadas diminuições de 65% a 85% na 20 carga térmica de aquecimento, em locais mais distantes dos centros urbanos, já na cidade a necessidade de resfriamento teve um aumento de 32% a 42%. Segundo Teza (2005), as ilhas de calor não ocorrem unicamente nas metrópoles. Para verificar seu acontecimento é necessário a comparação entre as temperaturas das regiões do centro em relação a periferia da cidade, ou seja, quando a temperatura do centro da cidade está relativamente mais alta que a da periferia ocorre o fenômeno. Em meio às discussões sobre conforto térmico deve-se levar em consideração o clima brasileiro, que é predominantemente tropical, onde em algumas regiões há duas estações que estão em predominância: verão e inverno. Para melhor entender sobre o clima nas regiões brasileiras é que se têm como base a NBR 15575 que traz em seu conteúdo a divisão das regiões bioclimáticas do Brasil.Segundo a NBR 15575 (2013), o Brasil é um país dividido em 8 zonas, e o estado do Piauí e consequentemente Teresina estão localizados na zona 7, conforme figura e tabela abaixo retiradas da norma em questão. Figura 2: Mapa das zonas bioclimáticas brasileiras. Figura 3: Dados de algumas cidades brasileiras. Fonte: NBR 15575 (2013) Fonte: NBR 15575 (2013) A NBR 15575 ainda aborda em seu conteúdo os requisitos necessários de construção de forma a garantir um conforto térmico em cada zona bioclimática. Lamberts et al., (2014), afirma que todos os materiais e métodos bioclimáticos a serem implementados nos projetos iniciais irão depender de uma análise bioclimática e do estudo do local. Desse modo, ressalta-se mais uma vez a importância da atuação de um profissional habilitado em qualquer projeto de engenharia a ser executado. 21 No caso da zona 7, a NBR 15220 (2003), recomenda que as aberturas para ventilação sejam pequenas, as mesmas sejam sombreadas, paredes e coberturas sejam executadas com materiais pesados. E ainda apresenta estratégias de condicionamento térmico passivo para a estação do verão, conforme quadro a seguir: Figura 4: Estratégias de condicionamento térmico passivo para a Zona Bioclimática 7 Fonte: NBR 15220 (2003) Nos centros urbanos como a cidade de Teresina, as residências promovem aos usuários ambientes isolados dos ambientes externos. Com o grande desenvolvimento que proporciona o crescimento de construções cada vez mais grandiosas os métodos de aquecimento e refrigeração ficam dependentes de sistemas movidos pela eletricidade (DUARTE; SERRA, 2002). O elevado uso de energia reflete na renda do indivíduo consumidor da mesma que necessita despender uma quantia maior do seu salário para garantir que terá o conforto térmico almejado. De acordo com Mazzaferro, Silva e Ghisi (2014), a envoltória do edifício é responsável pela absorção e transfusão de calor entre os ambientes internos, por isso, a composição dos materiais da envoltória atua com forte influência no desempenho térmico da construção. De fato, a escolha dos materiais componentes da edificação deve ser feita de modo criterioso e sempre com a ajuda de um profissional habilitado. O calor ou frio que um material absorve e permite que irradie para o ambiente interno é determinante para que se mantenha o conforto ambiental em uma edificação. Em uma cobertura considerando a fonte de calor do Sol, a troca de calor será por meio de irradiação, nesse momento o material estará absorvendo calor. Quando as partículas se encontrarem em estado de agitação, o calor será propagado de molécula para molécula por meio da condução térmica e tendo atravessado toda a estrutura da cobertura o calor será transmitido para o ambiente interno em forma de irradiação novamente. Silva (2014), ressalta que mesmo após o pôr do sol o material componente da cobertura continuará a fornecer calor ao recinto até que os dois entrem em equilíbrio térmico. Mesmo com a diversidade de materiais existentes atualmente, existem aqueles que se mantêm ao longo dos anos, como é o caso das telhas cerâmicas, que são utilizadas desde a época do império romano - porém sua criação é ainda incerta - apenas com alguns ajustes de formato e melhoramento 22 dos materiais empregados em sua fabricação. Em uma cobertura de telhado cerâmico segundo Armelim et al., (2003), a temperatura na superfície dessas telhas pode chegar até 60°C e o processo de penetração do calor na edificação se dá de três maneiras. A primeira delas é a radiação térmica, responsável por 89% do calor que adentra o ambiente, a segunda é a convecção natural que por sua vez causa uma influência de 11% e por fim ocorre também o fenômeno de condução entre a telha e a trama de madeira quando a temperatura entre ambas é diferente. Porém não é apenas o material que envolve a edificação que influencia no conforto térmico, há outro fator bastante influente que é a existência de arborização ao redor da edificação. Segundo Manfredini (2002), a presença de árvores traz não somente o benefício do conforto térmico, mas também auxilia na preservação da biodiversidade, diminui a poluição do ar, além de melhorar a estética do meio. A engenharia assim como as outras ciências estão em constante desenvolvimento criando inovações e descobrindo materiais que possam sanar os problemas com o alto consumo de energia. De acordo com Balanço Energético Nacional (Ministério das Minas e Energia, 2018), que tem como ano base de pesquisa o de 2017, revela que os setores industriais e residenciais juntos somam um percentual de 66,1% do consumo de energia elétrica no Brasil, sendo que em residências o consumo de energia se elevou em 0,8% em relação ao ano de 2016. As subcoberturas estão entre os novos produtos que surgem com o intuito de proporcionar o conforto térmico ao ambiente e auxiliar na redução dos custos inerentes ao consumo de energia elétrica. Também são conhecidas como mantas térmicas ou mantas isolantes, estas funcionam de maneira que minimizam as trocas de temperaturas entre o ambiente interno e o externo. Sato (2003), afirma que estas mantas garantem seus adeptos devido às suas funções e várias vantagens, dentre elas podem ser citadas a estanqueidade e o isolamento térmico, isso por que as mesmas são instaladas entre o telhado e a trama de madeira ou entre a telha e forro quando há a presença deste. 2.3 Sustentabilidade na Construção Civil A palavra sustentabilidade no seu sentido etimológico tem origem no latim sustentare, significando sustentar, apoiar e conservar. Em outras palavras sustentabilidade também é projetar visando economia de energia, evitando impactos ambientais e visando o tratamento dos resíduos gerados por certa atividade. Segundo Porto (2009), o emprego de medidas sustentáveis contribui para a minimizar o impacto ambiental gerados por certas práticas, onde essas medidas devem estar presentes no processo desde a concepção do projeto, no qual é preciso valorizar ações individuais que contribuem para a diminuição do impacto coletivo. 23 Para Techio (2016), o maior obstáculo para de entender o conceito de sustentabilidade é a distância das pessoas em relação a este assunto, constituindo assim uma dificuldade para praticar atividades sustentáveis, isto é resultado da ausência de acordo conceitual sobre sustentabilidade e desenvolvimento sustentável entre as áreas, como engenharia, economia, ciências sociais, etc. Desse modo, este assunto é indispensável e deve ser tratado de forma ampla, reunindo as condições humanas, preservação dos recursos naturais e a eficiência econômica. O pensamento sustentável faz com que os indivíduos busquem por melhorias para o meio ambiente sem deixar de lado os interesses econômicos oriundos destas melhorias. Outro ponto é que os empresários estão voltando sua atenção para este assunto, visto que neste cenário podem surgir novas oportunidades de negócios e que podem resultar em lucratividade, incentivando a inovação e, por consequência, a competitividade (YEMAL, 2011). A utilização consciente dos recursos naturais, renováveis e não-renováveis, resultam na origem dos 3 R’s da sustentabilidade: reduzir, reutilizar e reciclar (BARBIERI; DIAS, 2002). Destinar de forma correta os resíduos produzidos pela indústria não é tarefa fácil. As dificuldades são muitas, com destaque para a conscientização e viabilidades logística, financeira e tecnológica. Mesmo que, se por um momento, todos cidadãos, governos e empresas aderissem plenamente aos processos de execução dos 3 R’s, ainda assim existiria lixo (BONFIM, 2018). Diante dos termos constituintes dos 3R’s pode-se destacar dois desses, reutilizar e reciclar, o primeiro traz em seu conceito a utilização de um produto mais de uma vez, independentemente da função, já o segundo éa conversão do desperdício de materiais em produtos novos e com alto potencial de utilidade. A grande dificuldade de reciclar e em consequência reutilizar os materiais, é a carência de indústrias de reciclagem, falta de locais apropriados para realizar a triagem dos materiais e muitas vezes falta de coleta seletiva. De acordo com Guimarães (2011), um material reciclável não infere ser reciclado, pois ainda existem muitas variáveis consideradas pelas empresas como os gastos incorridos e principalmente o retorno lucrativo que esse material proporcionará. A reciclagem é uma destinação adequada para os materiais após o seu uso, pois alguns possuem uma composição que dificulta a sua decomposição em condições naturais, podendo de haver também o desperdício de matérias primas nobres. Sabe-se que quanto mais desenvolvido é um país, maior é a dificuldade de separar e reciclar seu lixo. O Japão e a Europa, por exemplo, investem consideravelmente em seus reaproveitamentos, ainda assim, só conseguem reciclar apenas 50% de seus resíduos e 30% sólidos. Nos Estados Unidos, 420 mil toneladas de lixo são gerados por ano e apenas 27% são reciclados, outros 16% são incinerados e 57% são enterrados. Porém existe um 24 projeto, proposto pelo e para o estado da Califórnia, onde o objetivo é reciclar todos os seus resíduos em até 2030 (SCANAVACA, 2012). No cenário ecológico atual é grande a preocupação com o aquecimento global, pois, esse ameaça a qualidade de vida das pessoas. O crescimento econômico e o modo de produção desenfreado devido inserção de mais pessoas no mercado de consumo, é o que gera grande poluição do meio por gerar resíduos descartados. A indústria da construção civil executa um papel, desagradável, na competência de que esta é grande produtora de resíduos que afetam diretamente o meio ambiente. Diante desses discussões a reutilização de material é um recurso inteligente para reduzirmos a poluição. Sustentabilidade são práticas que uma sociedade respeita para que o meio ambiente não sofra danos (MIKHAILOVA, 2004). Existem uma infinidade de materiais que podem ser reciclados e reutilizados no setor da construção civil, como é o caso das caixas de leite longa vida (Tetra Pak) que possui como materiais componentes o papel e o alumínio, Rizzo (2002), afirma que a cada tonelada de alumínio reciclada, é preservada a extração de 5 toneladas de minério de bauxita, além do que o processo de transformação do minério em alumínio consome bastante energia e a cada tonelada de embalagem longa vida reciclada gera cerca de 650 quilos de papel Kraft, o que evitará o corte de 20 árvores cultivadas em reflorestamento comercial. Apesar de já haver várias cooperativas e locais de reciclagem e ainda muitos materiais sendo reutilizados nas construções de edificações, de acordo com Koski (2014), a construção civil é responsável pelo alto consumo de recursos naturais e pela geração de resíduos sólidos construtivos os quais geram grandes impactos negativos ao meio ambiente, além das atividades realizadas pela necessidade de se construir. Logo essa parcela de reutilização ainda se torna muito pequena em relação aos efeitos causados pelos grandes empreendimentos. Diante disso é necessário utilizar-se dos preceitos da construção sustentável, que é aquela que faz um uso adequado do materiais provenientes da natureza para conceber a edificação, para que haja o aumento da qualidade de vida das pessoas levando em consideração suas necessidades. A construção civil tem apresentado uma crescente busca por métodos sustentáveis visando reduzir os impactos no meio ambiente, sejam nas etapas de produção de materiais usados ou na construção das edificações. Isso porque uma habitação de qualidade não é aquela que irá atender apenas aos interesses do construtor ou ideais dos clientes, mas também deve ser realizada sem danificar os ecossistemas existentes ao seu redor e isto exige das construtoras uma postura ética de preservação ao meio ambiente (FLORIM; QUELHAS, 2004). 25 Corrêa (2009), diz que a sustentabilidade, para ser totalmente alcançada, deve ser abordada em todas as suas implicações, no âmbito das atividades humanas, sejam elas familiares, educacionais, habitacionais, produtivas, extrativistas ou exploratórias, de consumo de produtos, prestação de serviços, de pesquisa, e até mesmo nas atividades futuras, aquelas que ainda nem foram inventadas. Todos os tipos de modificação do meio ambiente nós,os humanos, somos responsáveis, à vista disso o planejamento é de fundamental importância para um bom desenvolvimento, em qualquer setor, principalmente da construção civil. Em 2000, o CIB (Conselho Internacional para a Pesquisa e Inovação em Construção) criou a Agenda Setorial para Construção Sustentável para países em desenvolvimento, formando um grupo global para cooperação e trocas de pesquisas em construção sustentável. A intenção da agenda é minimizar a diferença entre países desenvolvidos e em desenvolvimento na melhora do desempenho do ambiente construído (MOTTA, 2009). 2.4 Manta térmica de alumínio O alto consumo de energia elétrica causam problemas na economia e ao meio ambiente, pois para a produção da mesma são necessários investimentos voluptuosos e a sua produção, sendo por meio de usinas, causam grandes danos ambientais. Por tanto os usos das mantas térmicas fazem-se importantes visto que podem diminuir o desconforto térmico atenuando o uso de ventilação artificial impactando diretamente no consumo de energia. Entre os materiais empregados para garantir o conforto térmico no interior dos ambientes, existem os que inibem a transferência do calor por condução, os isolantes resistivos, e os que reduzem a passagem por radiação, os isolantes reflexivos (VITTORINO et al., 2003). A redução da transferência de calor para o ambiente interno da edificação é ocasionada pela utilização de materiais que retardam a passagem do fluxo de calor que atravessa a instalação por condução, convecção e/ ou radiação. Estes materiais têm capacidade de reduzir as trocas de calor em função de sua resistência térmica que o tornam materiais isolantes (AL-HOMOUD; MOHAMMAD, 2005). Lamberts (2007), afirma que a condução ocorre através do contato entre as moléculas de corpos que apresentam temperaturas diferentes entre si, onde o calor é transmitido do corpo que possui maior temperatura para o de menor temperatura. A condutividade térmica é uma propriedade do material que indica a quantidade de calor que flui através de uma área unitária se o gradiente de temperatura for unitário. O valor da condutividade térmica é afetado tanto pela temperatura quanto pela umidade 26 encontrada no material, consequentemente é importante observar essa propriedade térmica dos materiais para caracterizá-los como isolantes térmicos. De acordo com Bezerra (2003), o calor transferido por convecção é influenciado pelo fluido que escoa sobre a superfície, pela natureza do escoamento, pelo acabamento e inclinação da superfície, por várias propriedades termodinâmicas e de transporte do fluido, entre outros fatores. Quando os corpos se encontram em contato molecular, onde pelo menos um deles é um fluido em movimento, ocorrem trocas de calor por convecção. Em primeiro momento o calor é transmitido por condução; depois as variações de temperaturas ocorridas no fluido alteram sua densidade, ocasionando o deslocamento de massa de forma cíclica, propiciando as correntes convectivas (LAMBERTS, 2007). Toda matéria com temperaturas maiores que 0 Kelvin, emite calor por radiação térmica e para que isso ocorra não necessita de um meio material para propagação visto que a energia é transferida através de ondas eletromagnéticas ou fótons e é chamada de calor radiante (KREITH, 1977). É necessário observar a emissividade do material utilizado na construção para determinar o fluxo de calor que sepretende obter através do processo de radiação. Desse modo, o estudo do material usado e do seu acabamento é primordial para alcançar a eficiência energética pretendida nas edificações. A principal forma de transmissão de calor para o interior de uma edificação ocorre na forma de radiação, forma primária de transferência de calor, onde a energia solar atinge as telhas e a parte absorvida pelo material é transmitida, por condução, ao interior da edificação (LA ROCHE et al., 2001). O fluxo térmico por radiação em direção ao interior de uma edificação pode atingir de 89 até 93%. Por convecção não ultrapassa a faixa dos 10%. No caso da reação frente ao frio, cabe ressaltar que a perda de calor por radiação pela cobertura pode variar entre 65 e 80%, pouco menos que no caso de ganhos térmicos. As perdas térmicas por convecção são responsáveis, nesse caso, entre 15 e 28% do total. A aplicação de materiais que reduzem o fluxo de calor do telhado para o ambiente interno é necessária pois proporciona melhores condições de conforto, diminuindo a temperatura interna e o consumo de energia (MIRANVILLE et al., 2003). Este comportamento presente nestes materiais está associado ao valor da resistência térmica que eles apresentam, quanto maior o valor da resistência térmica, maior será a resistência à passagem do fluxo de calor para o interior de edificação. Por ser composta por uma ou duas faces de alumínio de alta refletividade e baixa emissividade de radiação térmica a manta térmica de alumínio é utilizada em telhados com o objetivo de garantir maior conforto térmico no verão e no inverno. Ela compõe uma barreira radiante, ou seja, dificulta a transferência do calor por radiação. Batista e Lamberts (2010), afirmam que o comportamento térmico 27 pode definido pelo comportamento da edificação em relação à ação climática pelo lado externo e de fontes de calor internas devido ao uso. Os materiais refletivos são classificados como isolantes térmicos por reflexão ou barreiras radiantes, desempenham uma melhora na eficiência térmica de um sistema, refletindo o calor radiante ao invés de absorvê-lo. Estes materiais são fabricados com alta refletividade e baixa capacidade de emissão de radiação térmica, conduta de metais polidos (DARÉ, 2005). Segundo Vittorino (2003), dentre os inúmeros isolantes reflexivos disponíveis no mercado nacional, encontram-se as barreiras radiantes, que começaram a ser utilizadas no Brasil em 1995, importadas de outros países. Apesar do seu uso ter crescido bastante nos últimos anos, ainda não existe uma norma nacional que trate deste assunto especificamente. Essa ausência de especificações técnicas fez com que estes produtos no mercado não apresentam características satisfatórias para funcionar como um isolante térmico, trazendo como resultado prejuízos financeiros aos que utilizam esse tipo de produto. De acordo com Michels (2007), as barreiras radiantes são mantas finas metálicas, normalmente cobertas de alumínio, estas possuem ao menos, uma superfície de baixa emissividade (aproximadamente 0,05) e são utilizadas para reduzir os ganhos térmicos por radiação em telhados de edificações, pois a atenuação destes ganhos térmicos ajudam a economizar energia elétrica, principalmente em ambientes climatizados; e para minimizar a perda de calor em sistema de aquecimento, conservando internamente o calor gerado, reduzindo também a necessidade de aumentar a potência térmica da fonte geradora de calor. A utilização de barreiras radiantes ou isolantes térmicos por reflexão, especialmente em coberturas, limita a transferência de radiação térmica dificultando a irradiação de calor para outras superfícies. Os efeitos de sua aplicação são tão vantajosos e satisfatórios que seu emprego passou a ser considerado um método alternativo bastante atrativo, prático e econômico (GÜTHS; PAGHI, 2004). Conforme Antunes (2005), por evitar a perda de calor e reduzir os ganhos térmicos, as barreiras radiantes ajudam a economizar energia elétrica, principalmente em ambientes climatizados. Numa residência que possui condicionador de ar, em função da redução do fluxo de calor que atinge ao interior 25 da residência, o aparelho será menos utilizado. O mesmo ocorre para o aquecimento: com a barreira radiante dificultando as perdas, o calor gerado internamente é conservado, reduzindo também a necessidade de utilizar o condicionamento térmico artificial. 28 2.5 Manta térmica de Tetra Pak Como toda e qualquer invenção as caixinhas longa vida, como também são conhecidas as caixas Tetra Pak, tiveram uma mente que as transformaram em realidade. De acordo com Tetra Pak (2010), em meados de 1943 o sueco Ruben Rausing, estudante da Universidade de Harvard, conheceu, nos Estados Unidos, um sistema até então novo, as lojas de autosserviço. Visando à expansão desta ideia para o mundo, concluiu que seriam necessárias embalagens especiais para o transporte de alguns produtos perecíveis onde estes produtos fossem embalados e não fossem contaminados por microrganismos, criando uma barreira especial, podia aumentar sua vida útil. Ruben Rausing patenteou a embalagem de leite longa vida e fundou a empresa Tetra Pak. A partir de então foram desenvolvidas várias técnicas e diversos produtos são embalados por este sistema, transformando, assim, a Tetra Pak numa das mais influentes multinacionais do mundo, atuando em 165 países. No Brasil, a empresa começou a atuar em 1957 e desde então vem aumentando a sua produção ano após ano. A partir da década de 90 houve uma expansão da empresa, que passou a embalar vários produtos alimentícios, além do leite, tais como: sucos, chá, molhos, cremes e etc. Hoje produz em média 32 mil toneladas de embalagem longa vida por ano. A tendência é essa produção crescer ainda mais, devido ao aumento crescente do uso e do consumo desse tipo de produto pelo mercado consumidor (TETRAPAK, 2003). O ser humano através dos avanços de pesquisas e descobertas de novos materiais e outros que já existiam e que podem ser reutilizados, encontraram novas utilidades para materiais antes descartáveis e sem uso. Um desses materiais é a manta térmica reflexiva produzida a partir de caixas de tetra pak. Antes de se falar do produto final, é importante que se aborde aspectos relevantes sobre a matéria-prima, que são as embalagens Tetra Pak. As embalagens são muito importantes no dia a dia das pessoas, pois viabilizam o acesso e o transporte dos mais diversos produtos. De acordo com Borges (2007), sabe-se que as primeiras embalagens, no entanto, eram frágeis e muitas vezes pesadas, não proporcionando grandes vantagens aos produtos e aos consumidores. Os avanços tecnológicos modificaram as antigas embalagens frágeis e de baixa qualidade e proteção aos alimentos, tornando- as embalagens modernas. As embalagens ultrapassadas deram espaço para as cartonadas, mais conhecidas como “caixas longa vida”, estas foram fabricadas com o objetivo de as embalagens protegerem os alimentos de forma eficaz, possibilitando seu armazenamento e ainda tornando maior seu prazo de validade sem que estas precisassem de refrigeração. Estas caixas segundo Nascimento et al., (2007), são compostas 29 por multicamadas de papel, plástico e alumínio, as embalagens protegem os alimentos de qualquer tipo de umidade, passagem de luz, oxigênio ou qualquer tipo de micro-organismos. Figura 5: Camada das embalagens Tetra Pak. Fonte: JALES, 2013 Em relação aos materiais componentes são divididas desta maneira, iniciando de dentro para fora: duas camadas de plástico, que protege o produto e evita contato com as demais camadas; uma camada de alumínio, que evita a passagem de oxigênio, luz e a contaminação do meio externo; a quarta camada, também, de plástico; seguida da quinta camada, de papel, que dá sustentação à embalagem e permite a inscrição das informações do fabricante,por fim, uma última camada de plástico que protege esta quinta camada de papel. De acordo com Pedroso e Zwicker (2007), o papel representa em média 75%, em massa, o polietileno, 20% e o alumínio, 5%. A união de todos os materiais componentes da caixa, ocorre na fabricação das embalagens, que se inicia a partir da impressão sobre o papel. Em seguida é formado um rolo e este é impresso, após isso segue para uma laminadora, onde serão aplicados o polietileno de baixa densidade em formas de grãos e a folha de alumínio. Os grãos de polietileno são extrusados para formar uma lâmina que servirá de adesivo para unir o alumínio e o papel (NEVES, 2009). Diante da eficiência do produto, este é bastante produzido e utilizado nos mais diversos ramos alimentícios. Sabe-se que o mercado das embalagens cartonadas cresce a cada ano no Brasil, em 2012 foram utilizadas em torno de 210 mil toneladas, sendo que destas apenas 29% foram recicladas segundo CEMPRE (Compromisso Empresarial para Reciclagem), ou seja, embora o número de produtos reciclados venha aumentando, este não consegue alcançar o ritmo da produção e grande parte das embalagens é levada à aterros sanitários ou lixões. Conforme Cunha (2011), até o ano de 2008 das 5 milhões de embalagens produzidas ao ano, apenas 1 milhão e 330 mil eram recicladas, restando 3 milhões e 670 mil embalagens para serem destinadas a aterros ou lixões. 30 3. METODOLOGIA 3.1 Procedimentos Metodológicos Os métodos de pesquisa do presente trabalho são baseados na pesquisa quantitativa, experimental e estudo de caso. É caracterizada como quantitativa, pois para que a pesquisa seja desenvolvida se tem a necessidade de coletar amostras diárias das temperaturas que são medidas em graus Celsius, e ainda se utilizar de modelos matemáticos para a comparação e análise destas temperaturas obtidas, isso para que se materialize o objetivo principal desta pesquisa que é o de responder a problemática de qual manta proporciona melhor conforto térmico ao ambiente estudado, que são os interiores dos protótipos, isto é reforçado pela afirmação de Fonseca (2002), que diz que a pesquisa quantitativa determina que a realidade só é capaz de ser entendida por quem a interpreta tomando como referência dados brutos, levantados através de instrumentos que seguem uma padronização e são neutros. Esta recorre à linguagem matemática para que seja possível detalhar as origens de uma problemática e as relações entre as variáveis. É caracterizada ainda como experimental, pois segundo Fonseca (2002), a pesquisa experimental determina grupos de assuntos semelhantes, sujeitando tratamentos distintos e averiguando as variáveis incomuns e observando se as diferenças constantes nas respostas são estatisticamente significantes, ou seja, serão abordados o assunto conforto térmico nos dois protótipos, sujeitos ao desempenho das duas mantas diferentes tetra pak e flex foil, serão observadas as diferenças entre estas e se as mesmas são significantes. De acordo com Yin (2001), o estudo de caso é uma análise empírica de um fato dentro de uma circunstância da vida real, não estando claramente definidos os limites entre o fato e a circunstância, esta seria a estratégia mais utilizada quando o pesquisador tem pouco controle sobre os objetos pesquisados. Portanto, por estar sendo analisado o fato de que as residências de baixa renda sofrem com as altas temperaturas, devido as circunstâncias de materiais incorretos, falta de capital para investimento em climatização entre outros e sendo nesse caso preciso responder as indagações de como as mantas irão melhorar o conforto térmico no ambiente e por quê uma destas possui melhor eficiência que a sua oponente neste quesito, é que esta pesquisa também pode ser caracterizada como estudo de caso. 3.2 População e Amostra A população de uma pesquisa deve, segundo Hair Jr. (2005), ser composta por um grupo completo de objetos ou elementos relevantes para esta, estes devem conter ainda características em comum, com base nisto a população escolhida para tal projeto são edificações residenciais de 31 alvenaria que possuam telhados com coberturas de telhas de fibrocimento e de telhas cerâmicas padrão baixa renda. Uma amostra excelente de acordo com Fink (1995), seria aquela em que esta é a representação ou um modelo da população, desse modo, como amostra foram definidos dois protótipos de alvenaria com dimensões de 1,20x1,10 m, sendo construídos com tijolos cerâmicos de seis furos, possuindo dimensões de 9x14x19cm, sem revestimentos de qualquer natureza, as estruturas do telhado serão tramas de madeira e a cobertura composta de telha fibrocimento e cerâmica. O estudo do presente trabalho consiste em analisar, através da coleta de dados, como se comportam duas mantas térmicas instaladas em coberturas de protótipos de residências, de maneira a conhecer qual destas possui melhor desempenho térmico de acordo com as coberturas descritas ao longo desta pesquisa. 3.3 Procedimentos de coleta de dados Para o procedimento de coleta de dados serão realizadas uma série de etapas. A primeira é a construção de 2 (dois) protótipos de residências de dimensões de 1,10x1,20m e com altura máxima de 1,00m e mínima de 0,80m garantindo a declividade do telhado que será de 1 (uma) água. A fundação para sustentação dos protótipos será feita em pedra argamassada, os materiais empregados na construção dos protótipos para a vedação serão tijolos cerâmicos de 6 (seis) furos com dimensões de 9x14x19cm, não haverá nenhum tipo de acabamento na alvenaria, na cobertura serão utilizadas telhas do tipo cerâmica colonial e a telha de fibrocimento e uma trama de madeira que será instalada para sustentação das coberturas. Serão escolhidos os materiais descritos acima com intuito de reproduzir com o máximo de semelhanças uma residência de padrão baixa renda. Figura 6: Protótipos de residências de alvenaria de tijolo cerâmico, cobertura de telhas de fibrocimento e a abertura frontal de 38,00x31,00cm. Fonte: Autoras, 2019 32 Figura 7: Protótipos de residências de alvenaria de tijolo cerâmico, cobertura de telhas cerâmicas abertura frontal de 38,00x31,00cm. Fonte: Autoras, 2019. O processo de confecção do painel da manta de Tetra Pak será dividido em quatro etapas, coleta, corte e higienização, fixação das caixas e instalação. As embalagens serão coletadas com ajuda de voluntários; logo após recolhidas, as caixas Tetra Pak serão cortadas de tamanho médio seguindo sua formatação, ficando todas com as mesmas medidas (30cm x 25cm) em seguida serão limpas com água e detergente de apenas do lado aluminizado para que não danifiquem nenhuma composição da mesma, como mostra a figura 08. Figura 8: Caixas de Tetra Pak utilizadas para a confecção da manta. Fonte: Autoras, 2019. Após o corte e a limpeza, as caixas serão unidas usando rascunhos de folhas A4, reaproveitando o material que seria descartado no meio ambiente. A folha A4 é encaixada em cima das caixas que estarão sobrepostas uma sobre a outra em uma largura de 2cm, é importante que a folha fique posicionada sobre as juntas de uma caixa e outra pois estas serão aquecidas com o ferro elétrico fazendo com que as caixas fiquem coladas, o painel será de 1,30m x 1,40m utilizando o total de 42 caixas de longa vida. 33 Figura 9: Painel das caixas Tetra Pak. Fonte: Autoras, 2019. Quanto a manta reflexiva flex foil, esta será adquirida em loja de materiais de construção, será aluminizado nas duas faces com dimensões de m. Após esses procedimentos a mesma será aplicada em cobertura, da mesma forma como a manta de caixas de tetra pak. Após as mantas instaladas nas coberturas, as temperaturas serão coletadas as medidas das temperaturas, primeiro a temperatura ambiente do local através do termômetro higrométrico, segundo no contato de cada manta com o auxíliode um termômetro de contato e por fim a medida no interior dos protótipos que serão coletadas com o termômetro higrométrico que emite em suas leituras a temperatura ambiente e a umidade no local. Todos esses indicadores das temperaturas serão aferidos três vezes ao dia, nos horários de 09:00, 12:00 e 15:00 horas e devem ser repetidas por 3 dias (baseado na norma tal), para cada tipo de telha utilizada, a de fibrocimento e a cerâmica. Figura 10: Termohigrômetro. Figura11: Termômetro de contato. Fonte: Autoras, 2019 Fonte: Autoras, 2019 34 3.4 Procedimentos de análise de dados Segundo Gil (2010), a coleta de dado deve ser elaborada segundo um plano que especifique os pontos de pesquisa e os critérios para a observação dos dados a serem analisados. Os dados coletados serão posteriormente analisados, interpretados e chegar-se a uma conclusão. A pesquisa desenvolvida no presente trabalho se utilizará de gráficos e tabelas. Serão analisadas os três tipos variações de temperaturas, a ambiente externa, a ambiente interna dos protótipos e a temperatura no contato das mantas flex foil e tetra pak. Primeiramente foram reunidas as temperaturas coletadas na superfície dos materiais das mantas com o telhado de fibrocimento nos horários de 09:00, 12:00 e 15:00 horas e organizadas em tabelas e a partir destas serão gerados os gráficos, com estes dados será possível analisar o quanto o material está absorvendo de radiação solar e se esta temperatura influenciará no ambiente interno. Para que seja possível uma comparação da temperatura externa e interna dos protótipos serão necessários a reunião das informações das temperaturas coletadas no exterior do ambiente, estas serão lançadas em tabela e posteriormente gerados os gráficos baseadas nas informações das mesmas, assim será possível visualizar a diferença de temperatura dos dois ambientes, isto é, se houve aumento ou diminuição de um em relação ao outro. Assim como a temperatura externa, é necessária a reunião das temperaturas aferidas no interior dos protótipos gerando tabelas e em seguida gráficos. Os gráficos serão comparativos entre as dois protótipos, o com manta tetra pak e o com a manta flex foil e conterá as informações dos 3(três) horários medidos em um dia. Com as informações das temperaturas nos 3 (três) horários durante os 3(três) dias, irão ser extraídas médias diárias e gerados gráficos para as 3(três) temperaturas aferidas a de contato, ambiente interna e externa, desse modo, será possível uma comparação de cada dia entre as temperaturas nas três situações. A partir dos dados atingidos com os gráficos das médias diárias de cada manta para as temperaturas externas e internas, será gerado primeiramente um percentual da diminuição da temperatura ambiente interna dos protótipos e relação a externa. Em seguida afim de comparar desempenho de cada manta foi gerada uma média que engloba as médias dos três dias analisados para cada manta em cada telhado, sendo realizado um percentual da temperatura de uma em relação a outra, nos dois tipos de telhados, ou seja, da manta que possuir menor temperatura em relação a que possui maior temperatura. 35 4. RESULTADOS E DISCUSSÕES A seguir são apresentados tabelas e gráficos desenvolvidos a partir dos dados obtidos nas coletas das temperaturas de contato da manta, do ambiente externo e do ambiente interno, numa periodicidade de 3(três) vezes ao dia durante os 3(três) dias para cada tipo de telha com as mantas instaladas, de acordo com a análise e hipóteses propostas. 4.1 Análise das temperaturas de contato das mantas Flex Foil e Tetra pak instaladas com telha de fibrocimento As temperaturas contidas na tabela 1, expõem a comparação entre as duas mantas nos três horários de medição durante um dia de grande incidência solar, onde pode-se observar que as 09:00hrs da manhã a temperatura na superfície da manta chegou a 42°C, além da alta temperatura neste dia também há a troca de calor entre a manta e a cobertura existente. Ainda no gráfico 1, é observado que a temperatura na manta tetra pak permanece com uma constante durante as medições realizadas, enquanto que a flex foil apresenta uma diminuição abrupta ao longo das medições. Tabela 1: Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 2 de maio de 2019. HORÁRIO MANTA TETRA PAK MANTA FLEX FOIL 09:00 horas 42,00°C 41,20°C 12:00 horas 35,90°C 30,70°C 15:00 horas 35,20°C 32,30°C Fonte: Autoras, 2019. Gráfico 1: Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak instaladas em cobertura de telha de fibrocimento no dia 02 de maio de 2019. Fonte: Autoras, 2019. 0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 45º 9 HRS 9 HRS 12 HRS 12 HRS 15 HRS 15 HRS TETRA PAK FLEX FOIL 36 As medições realizadas no segundo dia são visualizadas na tabela 2 a seguir, assim como no primeiro dia de medição, é notável que a manta flex foil possui uma temperatura em sua superfície inferior à da manta tetra pak. Tabela 2: Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 4 de maio de 2019. HORÁRIO MANTA TETRA PAK MANTA FLEX FOIL 09:00 horas 31,80°C 27,60°C 12:00 horas 37,80°C 36,30°C 15:00 horas 37,30°C 31,60°C Fonte: Autoras, 2019. Gráfico 2: Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha de fibrocimento no dia 04 de maio de 2019. Fonte: Autoras, 2019. Como visto no gráfico 2, observa-se que as temperaturas das mantas vão aumentando conforme as duas primeiras medições, com um decréscimo da manta flex foil no último horário coletado e uma estabilização da manta flex foil. Na tabela 3 e no gráfico 3 abaixo, se verifica um aumento gradativo das temperaturas na área da manta flex foil instalada na cobertura de fibrocimento, do mesmo modo se comporta a manta de caixas de tetra pak, nos dois primeiros horários esta teve um aumento de temperatura em sua superfície de 4,7°C, de 31,20°C as 09:00 horas para 35,90°C as 12:00 horas permanecendo praticamente constante no horário da terceira medição com 35,20°C. 0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 9 HRS 9 HRS 12 HRS 12 HRS 15 HRS 15 HRS TETRA PAK FLEX FOIL 37 Tabela 3: Dados obtidos com a aferição do termômetro de contato nos protótipos com a telha de fibrocimento, no dia 5 de maio de 2019. HORÁRIO MANTA TETRA PAK MANTAFLEX FOIL 09:00 horas 31,20°C 27,30°C 12:00 horas 35,90°C 30,70°C 15:00 horas 35,20°C 32,30°C Fonte: Autoras, 2019. Gráfico 3: Comparativo entre a temperatura de contato da manta Flex Foil e Tetra Pak sob a telha de fibrocimento no dia 05 de maio de 2019. Fonte: Autoras, 2019. A partir da análise das temperaturas médias de contato na superfície das mantas com o telhado de fibrocimento, foi gerado um gráfico, onde nele estão reunidas as médias obtidas através do somatório das temperaturas coletadas nas três horas do dia. Gráfico 4: Comparativo entre as médias diárias da temperatura de contato das mantas Tetra Pak e Flex Foil sob o telhado de fibrocimento. Fonte: Autoras, 2019. 0º 5º 10º 15º 20º 25º 30º 35º 40º 9 HRS 9 HRS 12 HRS 12 HRS 15 HRS 15 HRS TETRA PAK FLEX FOIL 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 DIA 02 DIA04 DIA 05 TETRA PAK FLEX FOIL 38 De acordo com o gráfico 4, é visível que a manta tetra pak destacou-se em relação a alta temperatura em sua superfície, onde nas médias encontradas há um diferença de cerca de 4°C da manta tetra pak para a manta flex foil, o que em percentual representa uma alta de 7% da temperatura na superfície. 4.2 Análise das temperaturas ambiente no interior dos protótipos com uso das mantas Flex Foil e Tetra pak nas coberturas
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