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FACULDADE MARIA MILZA BACHARELADO EM ENGENHARIA CIVIL VITÓRIA SANTIAGO DOS SANTOS MATERIAIS PARA ISOLAMENTO TÉRMICO EM CONSTRUÇÃO CIVIL GOVERNADOR MANGABEIRA - 2021 VITÓRIA SANTIAGO DOS SANTOS MATERIAIS PARA ISOLAMENTO TÉRMICO EM CONSTRUÇÃO CIVIL Trabalho apresentado como requisito parcial de avaliação da disciplina de Material de Construção II ao curso de Engenharia Civil, Faculdade Maria Milza, orientado pelo docente Silas Pinto. GOVERNADOR MANGABEIRA- 2021 RESUMO Em busca de conforto térmico, a humanidade passou a utilizar equipamentos mecânicos que, como consequência, consomem grande quantidade de energia. Visando reduzir esse consumo, surgem no ramo da construção civil diversos materiais com a finalidade de isolamento térmico. Porém, muitos desses materiais empregam elevado consumo energético em sua fabricação, bem como geram gases nocivos ao meio ambiente. Essa situação motivou o desenvolvimento de placas de isolamento térmico a partir de material natural, qual seja, cortiças, fibra de coco e madeira, de materiais mineral como lã de vidro, lã de rocha e vidro celular e subsequente os matérias sintenticos. Palavras chaves: conforto térmico, isolamento térmico, mineral. SUMÁRIO INTRODUÇÃO .......................................................................................................................................... 1 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ................................................................................................................. 2 MATERIAIS ISOLANTE TERMICO ................................................................................................ 2 MATERIAIS DE ORIGEM MINERAL .................................................................................................. 2 MATERIAS DE ORIGEM SINETICA ................................................................................................... 2 MATERIAIS DE ORIGEM VAGETAL ............................................................................................ 2 MATERIAIS DE NATUREZA MINERAL.................................................................................................3 LÃ DE VIDRO.................................................................................................................. ...........................3 LÃ DE ROCHA.................................................................................................................. .........................4 VIDRO CELULAR............................................................................................ .........................................4 MATERIAIS DE NATUREZA VEGETAL.............................................................................................. .4 CORTICAS........................................................................................ .........................................................4 FIBRA DE COCO................................................................................................................ ........................5 FIBRA DE MADEIRA................................................................................................................................5 MATERIAIS DE NATUREZA SINTENTICA........................................................................................6 POLIESTIRENO EXPANDIDO..............................................................................................................6 POLIESTIRENO EXTRUDADO............................................................................................................7 POLIURETANO........................................................................................................................................7 CONSIDERAÇÕES FINAIS..................................................................................................................8 REFERÊNCIAS............................................................................................................ ..............9 INTRODUÇÃO A Engenharia Civil é uma das áreas da ciência que está em constante evolução, devido às pesquisas científicas e tecnológicas que empregam novos materiais, novas técnicas e equipamentos no melhoramento da construção civil, promovendo maior segurança, rapidez e qualidade. Com o desenvolvimento da Ciência de Materiais, os materiais utilizados na construção civil se modificaram ao longo do tempo. Atualmente é possível encontrar no mercado inúmeros tipos de materiais para diversos tipos construtivos e finalidades. Porém as mudanças climáticas que vem ocorrendo ao longo dos anos, principalmente as ocorridas na última década, tem se tornado um desafio à área de engenharia. Visto que está cada vez mais difícil alcançar esse objetivo, principalmente com relação ao conforto térmico. Segundo Ashrae (2013) o conforto térmico é definido como “aquela condição da mente que expressa satisfação com o ambiente térmico e é avaliada por avaliação subjetiva” (ASHRAE, 2013, p.3). No Brasil, esse desafio é ainda maior, pois possui uma grande variedade de climas: equatorial, tropical, tropical de altitude, tropical atlântico, subtropical e semiárido. Usualmente, não só a questão do clima tem trazido dificuldades com relação a esse aspecto, mas também a crise energética, onde a energia está mais escassa e consequentemente mais cara. O que leva os indivíduos a se interessarem cada vez mais por ambientes que lhes tragam o conforto pelo meio construtivo, sem a necessidade de outros equipamentos, como o ar-condicionado para tal finalidade. Sem dúvida, com relação à engenharia civil, a preocupação com o conforto deve acontecer no início do projeto, como por exemplo, levando em consideração o posicionamento da edificação no terreno, entre outros aspectos que podem e devem ser observados. Visto que, para uma estufa, por exemplo, é importante que o calor proveniente do Sol penetre e que a maior parte dele permaneça no ambiente, porém quando se trata de um 15 prédio, com muitos escritórios isso não pode ocorrer. Fato é que para a obtenção do conforto térmico, a escolha de materiais e métodos construtivos faz toda diferença. REVISÃO BIBLIOGRAFICA 1. Materiais Isolamento Térmico Os materiais de isolamento térmico podem ser classificados segundo diferentes tipos de critérios, assim de acordo com a sua natureza os isolantes térmicos podem ser classificados como materiais de natureza mineral, sintética, vegetal e animal [4]. Apresenta-se seguidamente alguns isolantes térmicos mais utilizados no sector da construção civil, em função da sua respetiva natureza, que serão objeto de análise neste capítulo. É importante realçar que esta listagem não constitui um levantamento completo dos materiais de isolamento térmico utilizados, mas somente dos materiais mais utilizados no setor. 1.2. Materiais de natureza mineral Os materiais de isolamento térmico de origem mineral são concebidos com base em matérias-primas naturais e abundantes, tais como areia, rocha vulcânica, e vidro reciclado. Estes materiais possuem um excelente comportamento ao fogo e uma boa resistência, e apresentam-se geralmente sob a forma de painéis rígidos ou semirrígidos. • Lã de rocha • Vidro celular • Vermiculite • Perlite • Argila expandida 1.3. Materiais de natureza sintética Os isolantes térmicos de origem sintética são materiais fundamentalmente produzidos a partir de hidrocarbonetos. Estes têm origem em matérias-primas não renováveis, e não recicláveis, sendo materiais que apresentam uma forte impermeabilidade ao vapor de água. É de salientar que em alguns casos, a combustão dos isolantes sintéticosprovoca a emissão de vapores tóxicos. • Poliestireno expandido • Poliestireno extrudido • Poliuretano 1.4. Materiais de natureza vegetal e animal Os produtos de isolamento de origem vegetal são materiais que contem fibras vegetais, enquanto os materiais de natureza animal são derivados da penugem de animais, sendo compostos por materiais primas em abundancia. Devido a sua natureza orgânica, geralmente estes materiais apresentam menor impacto ambiental que os restantes isolantes térmicos. Natureza vegetal • Lã de cânhamo • Lã de madeira • Lã de Coco • Lã de Linho • Fibra de madeira • Fibra de algodão • Cortiça • Ouate de celulose • Palha Natureza animal • Lã de ovelha • Penas de pato 2. MATERIAIS DE NATUREZA MINERAL 2.1. Lã de vidro A lã de vidro é um material essencialmente composto de areia e cacos de vidro reciclado. A reação ao fogo é passiva, uma vez que a lã de vidro é incombustível por natureza, impedindo a propagação das chamas. A resistência à água é aceitável a curto prazo, mas quando este material isolante é submetido a uma forte humidade, o seu desempenho térmico torna-se medíocre. A durabilidade da lã fibra de vidro para um desempenho térmico ótimo é de dez anos, para além desse tempo ela comprime-se e o seu desempenho diminui . O seu armazenamento é feito de diversas formas, podendo encontrar-se sob a forma de painéis principalmente para paredes, e em rolos para coberturas e tetos. As aplicações podem variar dependendo da configuração da habitação e do conforto desejado. A sua colocação é simples graças à sua flexibilidade e elasticidade. De seguida apresentam-se os valores de alguns parâmetros técnicos, que permitem uma avaliação geral da lã de vidro. Quadro 1 - Especificações técnicas da lã de vidro [6] 2.1.2. Lã de rocha A lã de rocha é produzida a partir de uma rocha vulcânica, a diábase, por um processo químico chamado fusão. A lã de rocha é um material incombustível e completamente permeável ao ar e ao vapor de água, mas não absorve a água. Ela é caracterizada por uma elevada compressibilidade, no entanto apresenta uma fraca resistência ao corte . A lã de rocha é embalada em forma de rolos ou painéis rígidos. A lã de rocha é classificada pela Agência Internacional para a Pesquisa contra o Cancro no grupo 2B ou seja, "pode ser um carcinogêneo humano", nesse sentido é recomendado evitar o contacto com este material e procurar impedir o contacto com o ar interior da habitação. De seguida apresenta-se os valores de alguns parâmetros técnicos, que permitam uma avaliação geral da lã de rocha. 2.1.3. Vidro celular Segundo Silva (2013), o vidro celular é fabricado a partir de carbono e vidro, contendo em suas micro células um tipo de gás inerte que garante a esse material propriedades isolantes boas. O autor acrescenta que é possível encontrar esse tipo de material na forma de painéis ou blocos. De acordo com a empresa Isolex, que comercializa a espuma de vidro celular, esse material apresenta características como: não corrosivo, elevadíssima resistência ao fogo, impermeável, excelente resistência a compressão, eficiência térmica, não prejudica a camada de ozônio. A empresa especifica ainda que, a 0ºC o material apresenta uma condutividade térmica de 0,039 W/m.C enquanto a 10ºC sua condutividade é de 0,040 W/m.C. 2.2. Materiais para isolamento térmico de natureza vegetal 2.2.1. Cortiça A cortiça é um vegetal conhecido por sua baixa densidade, elasticidade, impermeabilidade e excelente desempenho termo acústico, propriedades resultantes de sua estrutura celular e seus constituintes. Segundo Silva (2006), sua condutibilidade térmica é de 0,045 (W/moC). Os painéis obtidos a partir da prensagem da cortiça se destacam pelas propriedades térmicas, isolamento vibracional, prevenção de condensação, isolamento acústico, elasticidade, estabilidade dimensional, compressibilidade e imputrescibilidade. É um material 100% natural que apresenta durabilidade ilimitada sem perder propriedades, podendo ser utilizado externamente em fachadas, e é reciclável. Como inconveniente esse material é inflamável e possui maior peso se comparado a outros isolantes. 2.2.2. Fibras De Coco Os isolantes de fibras de coco apresentam-se na forma de placas e painéis compostos com cortiça. As fibras de coco são constituídas basicamente de celulose e lignina. Estas são rígidas, versáteis por conta de sua resistência e resiliência, possuem propriedades acústicas e são de fácil reciclagem. As desvantagens desse isolante são a rigidez, que dificulta o corte, e a inflamabilidade. Segundo Silva (2006), sua condutibilidade térmica é de 0,044 (W/moC). 2.2.3. Fibra De Madeira Tal como para a lã de madeira, a fibra de madeira é obtida a partir de resíduos comprimidos, provenientes principalmente de serrações de madeira. Nenhum aglutinante é adicionado, a madeira tem a sua própria pasta: a lignina. Este material apresenta melhor proteção contra o frio na estacão de aquecimento do que contra o calor durante o verão. Ao contrário da lã de fibra de madeira consome muito pouca energia durante a sua fabricação. Lã de madeira pode ser utilizada para no isolamento de uma habitação, em pavimentos, paredes, tetos e coberturas 2.3. Materiais para isolamento térmico de natureza sintética Silva (2013, p. 6) explica que “Os isolantes térmicos de origem sintética são materiais fundamentalmente produzidos a partir de hidrocarbonetos. Estes têm origem em matérias- primas não renováveis, e não recicláveis [...].” O autor salienta que, por muitas vezes, a combustão dos materiais de natureza sintética ocasiona a emissão de gases tóxicos. Como exemplos de materiais tradicionais, Jelle (2011) cita o poliestireno expandido (EPS), o poliestireno extrudado (XPS) e o poliuretano (PUR). 2.3.1. Poliestireno Expandido (EPS) De acordo com Jelle (2011), o EPS é feito a partir do petróleo bruto, o qual contém agentes expansivos, e do pentano, que expande através de aquecimento com vapor de água, de modo que as esferas expandidas se unem na área de contato entre elas. O autor explica que esse material de isolamento pode ser apresentado em placas ou então de forma contínua numa linha de produção e, complementa ainda, que a condutividade térmica do EPS varia de acordo com a temperatura, o teor de umidade e a densidade de massa. Segundo a Associação Brasileira de Poliestireno Expandido (ABRAPEX), no processo produtivo do EPS não se faz uso de gases do tipo clorofluorcarboneto (CFC), gases esses que são responsáveis pela diminuição da camada de ozônio. Ainda, a ABRAPEX afirma que o EPS é um ótimo isolante térmico e que possui diversas. vantagens, estando entre as principais a baixa condutividade térmica, baixo peso, facilidade de manuseio, resistência mecânica, etc. No que se refere a condutividade térmica, a NBR 15220-2/2005, da ABNT, especifica para o poliestireno expandido do tipo moldado um valor igual a 0,040 W/m.K. 2.3.2. Poliestireno Extrudado (XPS) O XPS também é produzido a partir do petróleo bruto, porém, nesse caso, é adicionado um gás expansivo fazendo com que a massa seja extrusada e expandida (JELLE, 2011). O autor explica ainda que o material isolante é produzido de forma contínua e é cortado apenas após o resfriamento . Jelle complementa ainda que, assim como EPS, o XPS varia com o teor de umidade, a temperatura e a densidade da massa. Em relação a condutividade térmica do XPS, a NBR 15220-2/2005, da ABNT, especifica um valor de 0,035 W/m.K. Quanto as vantagens, a empresa CELPROM Soluções Construtivas (2009) afirma que o XPS apresenta várias, sendo as principais: excelente eficiência na isolação térmica (altas e baixas temperaturas), altíssima resistência mecânica, conforto acústico, é um produto inerte e reciclável, apresenta fácilaplicação etc. 2.3.3. Poliuretano (PUR) Conforme Jelle (2011), o PUR forma-se a partir de uma reação 43 entre isocianatos e políeis, sendo que durante o processo de expansão do material os poros fecham-se e preenchem-se com um gás expansivo. O autor explica que esse material isolante pode ser produzido tanto em forma de placas quanto de modo contínuo em linha de produção e, complementa ainda que, assim como os materiais citados anteriormente, sua condutividade térmica varia com a densidade da massa, temperatura e o com o teor de umidade. Ainda, o autor salienta que mesmo que o PUR seja seguro quando usado em condições ideais, esse material, em caso de incêndio, ao queimar libera cianeto de hidrogênio e isocianatos, que são muito tóxicos e podem causar sérios problemas de saúde. Segundo catálogo da empresa Panisol, especializada em produção de telhas sanduíche e painéis térmicos em linha contínua, as maiores vantagens do PUR são: isolamento térmico eficiente, baixo peso, boa resistência mecânica, facilidade de manuseio, pode ser fornecido com retardante à chama, entre outros. No que diz respeito a condutividade térmica, a NBR 15220-2/2005, da ABNT, especifica para o PUR um valor de 0,030 W/m.K, sendo, dos materiais sintéticos citados, o que apresenta menor condutividade térmica. 3. CONSIDERAÇÕES FINAIS A partir de pesquisas realizadas em livros e artigos, evidencia-se a importância da aplicação de isolamento térmico em edificações, técnica essa que traz diversos benefícios aos usuários, mas que é pouco utilizada no Brasil. O presente estudo permitiu pesquisar um novo material com finalidade de isolamento térmico, abordando conceitos relevantes como sustentabilidade, conforto térmico e eficiência energética, os quais tem se tornado cada vez mais essenciais em projetos de edificações. Ademais, denota-se a necessidade do desenvolvimento de materiais inovadores que consumam menos energia em sua produção. Por fim, entende-se que o isolamento térmico apresentou um bom desempenho térmico, porém, para futuros estudos, sugere-se a construção de protótipos em maior escala e com algum tipo de ventilação, eis que com essas modificações os resultados seriam mais próximos da realidade, bem como seria possível analisar os custos relativos à utilização de ar condicionado para garantia do conforto térmico. 4. REFERÊNCIAS AMERICAN SOCIETY OF HEATING, REFRIGERATING AND AIR- CONDITIONING ENGINEERS – ASHRAE.Standard Thermal Environmental Conditions for Human Occupancy. ASHRAE 55-2013. EDF. Le guide des matériaux pour l’isolation thermique, site: http://www.arcad ca.fr/documents/EDF_Guide%20isolation_thermique.pdf (2012) Manuel António Pinto Da Silva, Metodologia para a definição exigencial de isolantes térmicos, Porto, (Setembro de 1996). SILVA, Filipe M. F. Estudo de materiais de isolamento térmico inovadores. 2013. Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Universidade do Porto, Porto, jun. 2013. JELLE, Bjørn P. Traditional, state-of-the-art and future thermal building insulation materials and solutions – Properties, requirements and possibilities. Energy and Buildings, v. 43, n. 10, p. 2549-2563, 2011. CELPROM SOLUÇÕES CONSTRUTIVAS. XPS – Placas de poliestireno extrudado. 2009. Disponível em: http://www.celprom.com.br/ategcory/produtos/xps-placas-de- poliestireno-estrudado/. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE POLIESTIRENO EXPANDIDO. O que é EPS. Disponível em: www.abrapex.com.br. SILVA, Manuel A. P. da. Metodologia para a definição exigencial de isolantes térmicos. 1996. Dissertação (Mestrado em Construção de Edifícios) – Universidade do Porto, Porto, set. 1996. Disponível em: <https://repositorio-aberto.up.pt/>. http://www.celprom.com.br/ategcory/produtos/xps-placas-de-poliestireno-estrudado/ http://www.celprom.com.br/ategcory/produtos/xps-placas-de-poliestireno-estrudado/ http://www.abrapex.com.br/
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