Das amostras retiradas das placas padrão, utilizadas nas análises de desempenho térmico, foram obtidos os valores SDUDRFRHILFLHQWHGHFRQGXWLYLGDGHWpUPLFD Ȝ , capacidade térmica volumétrica (ȡFp H GLIXVLYLGDGH WpUPLFD Į aplicada a técnica da sonda linear em regime transiente, por meio do QuickLine-30. Também foram registrados os dados para as propriedades termofísicas da vermiculita, conforme tabela 4.18.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 163 de 183
Tabela 4.18: Propriedades termofísicas das amostras das PLP e vermiculita
Ȝ>[-3W/m.K] ȡFp [kJ/m3.K] Į [x10-9m2/s] CP00 31,5 70,0 450,0 CP05 35,2 86,0 409,3 CP10 36,1 92,0 392,4 CP15 38,2 99,0 385,9 CP20 44,8 123,0 364,2 Vermiculita 114,7 513,0 223,6
Comparando as PLP adicionadas de vermiculita com a PLP00, foi constatado que todas apresentaram um aumento da condutividade térmica, de forma progressiva.
O gráfico da figura 4.51 permite visualizar uma comparação entre os resultados obtidos da tabela 4.18 SDUDȜGHQVLGDGHDEsoluta aparente (d ) da tabela 4.6 e o percentual de poros fechados (PF) das tabelas 4.13 e 4.14.
Figura 4.51: Comparativo da densidade, condutividade térmica e poros fechados
Pode ser constatado pelo gráfico da figura 4.51, que a PLP00, mesmo possuindo um maior valor para densidade, em função de sua menor expansibilidade, apresentou o menor valor de condutividade térmica, devido ao seu grande percentual de poros fechados.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 164 de 183
A PLP20, foi a que obteve um maior valor para o coeficiente de condutividade térmica, mesmo com uma densidade inferior a PLP00, uma vez que seu percentual de poros fechados é o menor registrado entre todas PLP.
Uma condição intermediária em relação à condutividade térmica e percentual de poros fechados foi alcançada pela PLP10, embora tenha apresentado o menor valor para densidade absoluta aparente.
O caso típico é ilustrado pelas PLP05 e PLP15, que demonstraram praticamente o mesmo valor para densidade, todavia com uPPHQRUYDORUGHȜSDUDSULPHLUDHPIXQomRGH seu maior percentual de poros fechados.
Os resultados obtidos pela microscopia quantitativa, por meio de análise de imagem das espumas em estudo, demonstraram que embora os valores máximos para o diâmetro equivalente dos poros seja apenas uma fração do valor estipulado por Gibson e Ashby (1997), ocorrem aglomerações, com significativo aumento do diâmetro e comunicação entre os mesmos, pela dissolução das paredes, permitindo fluxos induzidos por advecção, proporcionalmente ao incremento de carga, tornando-se válidas as considerações abordadas, para as análises realizadas.
A condução de calor através da matéria sólida da espuma, que se processa por meio das vibrações da rede polimérica, embora mais eficiente que o mecanismo de transporte de energia térmica pelo gás, é decorrente de uma fração muito pequena da estrutura, como foi determinado nos ensaios de picnometria.
O aumento da condutividade através da matéria sólida é influenciado pela vermiculita, uma vez que a energia térmica é proporcional à freqüência de vibração da rede cristalina, quantizada pelos fônons em uma escala superior as vibrações da rede polimérica. Assim, quanto maior o teor de carga, maior a contribuição para o aumento da condutividade térmica efetiva dos compósitos.
A abordagem aplicada ao conceito de amortecimento térmico, empregado no trabalho, possui significado de diferença entre potenciais térmicos, estabelecida por uma barreira de material isolante separando sistemas distintos e submetida a um fluxo de calor em regime permanente.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 165 de 183
Desta maneira, a diferença de temperaturas está associada à condutividade térmica do material isolante, como pode ser validado no gráfico da figura 4.52, comparando os resultados dos ensaios de desempenho térmico com os resultados obtidos para os valores do coeficiente de condutividade térmica.
Figura 4. 52: Comparativo da condutividade térmica e amortecimento térmico A dispersão dos dados obtidos apresentou uma variação próxima da condição inversamente proporcional, caracterizando o tipo de dependência do amortecimento com o coeficiente de condutividade térmica.
As PLP que apresentaram os maiores valores para o coeficiente de condutividade térmica, obtiveram o pior desempenho na retenção do fluxo de calor, permitindo gradientes de temperatura mais amplos.
Em relação aos ensaios de desempenho térmico, também foi realizada a associação do atraso térmico com a difusividade, conforme gráfico da figura 4.53.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 166 de 183
A distribuição dos pontos gerados demonstrou uma interdependência tendendo a uma proporcionalidade inversa, caracterizando a relação entre a difusividade e atraso térmico.
Pode-se observar pelo gráfico da figura 4.53, que à medida que os valores para difusividade térmica aumentam, ocorre uma diminuição no tempo de resposta das PLP.
Nos ensaios de desempenho térmico realizados, o atraso térmico foi considerado como o tempo de resposta necessário da face oposta da PLP à fonte de calor, para interrupção do estímulo térmico.
Em uma comparação simultânea, demonstrada na figura 4.54, foi possível observar a relação estabelecida entre os valores obtidos para as propriedades termofísicas das PLP, conforme o incremento de vermiculita.
Figura 4.54: Comparação simultânea das propriedades termofísicas
No plano XZ, à medida que o valor de Ȝcresceu, ȡcp aumentou progressivamente,
indicando uma relação de proporcionalidade constanteSRUpPQRSODQR;<ĮGLPLQXLu com RDXPHQWRGHȜTXDQGRteoricamente deveria ter aumentadoMiTXHĮpGHILQLGRna sua forma analítica, FRPR D UD]mR HQWUH Ȝ H ȡFp. Este fato ocorre, porque o aumento de ȡFp foi mais significativo que o aumento de ȜFRPRSRGHVHUYHULILFDGR no plano YZ, onde a diminuição GHĮHVWiDVVRFLDGDDRDXPHQWRGHȡFp.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 167 de 183
2DXPHQWRGRVYDORUHVGHȡFp foi promovido pelo aumento da concentração da carga
de vermiculita.
Para vermiculita, foi registrado um ȡFp de 513.103 J/m3.K, valor muito superior a qualquer formulação dos compósitos, vide tabela 4.18.
O valor obtido para o coeficiente de condutividade térmica da vermicuita também foi superior aos dos compósitos, porém em uma menor proporção que a capacidade térmica volumétrica.
Um sucessivo incremento de carga no material compósito acarretou uma elevação simultânea das duas propriedades termofísicas, mantida uma diferença de proporcionalidade entre ambas.
O gráfico da figura 4.55 permite que seja realizada uma análise comparativa entre o aumento percentual do coeficiente de condutividade térmica e da capacidade térmica volumétrica dos corpos de prova, em função da carga de vermiculita.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 168 de 183
Pelo gráfico da figura 4.55, percebe-se uma nítida intensificação do aumento percentual da capacidade térmica volumétrica em relação ao coeficiente de condutividade térmica, de 11,11% a 33,39%, indicando uma maior influência da concentração de vermiculita sobre a difusividade térmica do que sobre a condutividade.
Como a difusividade é proporcional à velocidade de propagação da onda de temperatura dentro da estrutura do material e os valores obtidos diminuíram em função do incremento de vermiculita, significa que os corpos de prova com maior teor de carga sofrerão um retardo no tempo para o aumento da temperatura na face oposta à face em que se verifica a carga térmica, validando os ensaios de desempenho térmico.
Segundo a ASHRAE (2002), um valor máximo admissível para densidade da taxa de fluxo de calor, para câmaras de refrigeração de baixa temperatura é de 9,304 W/m2.
Este valor foi adotado como parâmetro para simulação da quantidade de resina necessária para preenchimento regular, com espessura uniforme, de uma área superficial de 1 m2, em função de um gradiente de diferenças de potenciais térmicos estabelecidos entre as faces opostas da espuma, perpendiculares ao fluxo de calor, conforme figura 4.56.
Capítulo 4 ± Resultados e discussões Página 169 de 183
Em uma primeira análise, as espessuras, consequentemente a massa de resina para mesma unidade de área considerada, deveriam ser maiores para as formulações de PUR com maior concentração de vermitulita, em função do aumento da condutividade térmica, porém também deve ser avaliado o incremento na expansão da espuma com o aumento da carga, o que remeteria a uma diminuição na quantidade de resina.
Assim, pode ser constatado pelo gráfico da figura 4.56, que para qualquer diferença de temperaturas, a formulação com 20% de vermiculita, apresenta a maior quantidade de resina necessária para manter a taxa de fluxo de calor estipulada.
O composto com 5% de carga apresentou uma tendência à equivalência em relação à espuma pura, enquanto que os compósitos com 10% e 15% apresentaram os menores valores para massa de resina.
Analisando mais detalhadamente a evolução da quantidade de resina necessária ao preenchimento da unidade de área, para o compósito com 10% de vermiculita, foi avaliada uma redução proporcional ao aumento do diferencial de temperaturas, conforme tabela 4.19.
Tabela 4.19: Redução de massa da resina para CP10
't [°C] 10 20 30 40 50 60
'm [g] 53 104 156 208 259 311
Para os valores registrados, embora aparentemente pequenos, é possível que seja obtida uma economia de até 10 kg de resina, aproximadamente, para cada 30 m2 de superfície isolada ou mais de 3 kg para cada 10 m2.