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Ilda Alexandra Cunha Grilo

Estudo de Revestimentos Ativospara o Isolamento Térmico de Edifícios

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Universidade do MinhoEscola de Engenharia

abril de 2015

Dissertação de MestradoMestrado em Sustentabilidade do Ambiente Construído

Trabalho efetuado sob a orientação doProfessor Doutor Raul Fangueiro

Ilda Alexandra Cunha Grilo

Estudo de Revestimentos Ativospara o Isolamento Térmico de Edifícios

Universidade do MinhoEscola de Engenharia

Estudo de Revestimentos Ativos para o Isolamento Térmico de Edifícios

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AGRADECIMENTOS

Começo por agradecer ao meu orientador Professor Doutor Raul Manuel Esteves Sousa

Fangueiro, pela sua atenção, acompanhamento, incentivo e pela discussão de ideias que

provêm de dedicação e esforço, por isso, muito obrigada a si Professor por toda a ajuda.

Ao Professor Nuno Belino da Universidade da Beira Interior, obrigado por todo o apoio,

atenção e disponibilidade em fornecer material para que esta dissertação fosse executada.

Ao técnico do Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil

da Universidade do Minho, Carlos Jesus, pela ajuda tanto a nível de trabalho como também de

troca de ideias e por toda a paciência na execução de todos os trabalhos. Aos técnicos do

Laboratório de Vias de Comunicação do Departamento de Engenharia Civil da Universidade

do Minho, Carlos Palha e Hélder Torres, por toda a ajuda e tempo dispensado, um muito

obrigado.

Ao engenheiro do Grupo FIBRENAMICS da Universidade do Minho, Carlos Mota, por todo

o apoio despendido. Agradeço também à Shama Parveen, do mesmo grupo, por toda a

preocupação, disponibilidade e trabalho prestado no decorrer deste trabalho.

Ao meu namorado André, obrigada pelo carinho, atenção, compreensão, pelos momentos

menos bons em todo o meu percurso académico. Aos meus pais, obrigado pelo esforço que

fizeram ao longo da minha vida e por todo o apoio que me deram para a conclusão deste

percurso. Ao meu irmão e avós que sempre estiveram do meu lado para me apoiar.

E, por fim, às minhas amigas por toda a atenção, ajuda e carinho, especialmente à Joana e

Elisabete que me acompanharam durante todo o meu percurso académico e se mostraram

verdadeiras amigas; ao Luís São João, Marcelo, Gustavo e Patrícia Pereira com quem travei

amizade no decorrer deste mestrado; à Patrícia Pinheiro por toda a ajuda nos momentos

menos bons e pela amizade revelada e a Diana e Liliana e Célia, amigas de longa data, por

toda a compreensão e apoio.


ii


iii

O mundo é para quem nasce para o conquistar

E não para quem sonha que pode conquistá-lo, ainda que tenha razão.

Fernando Pessoa no heterónimo Álvaro de Campos “Tabacaria”


iv


v

RESUMO

A sustentabilidade é um conceito cada vez mais procurado ao nível da nova construção como

também da reabilitação de construções existentes, com o intuito de caminhar para a

diminuição dos problemas ambientais causados até à data, diminuição do consumo de

matérias-primas e emissão de poluentes para a atmosfera, assim como, diminuição do

consumo energético, aumentando a utilização de fontes alternativas de produção de energia,

sem que o conforto dos habitantes seja comprometido, assim como os custos associados às

intervenções.

Assim, é possível afirmar que é extremamente necessário combinar materiais e técnicas

inovadoras para que possam ser criados produtos alternativos com capacidade de

adaptabilidade às necessidades de cada caso específico.

Esta dissertação, de forma a ser mais um contributo para construção sustentável, propõe o

estudo da incorporação de materiais de mudança de fase (PCM – phase change material) em

materiais de construção normalmente utilizados, tanto para a construção nova, como para a

reabilitação. O objetivo passa por estudar o desenvolvimento de materiais termicamente

ativos a partir da utilização de materiais de mudança de fase incorporados em revestimentos,

especificamente tintas. Para tal, efetuaram-se três amostras de tinta com 10%, 20%e 30% de

PCM incorporado. Estas amostras, assim como tinta com 0% PCM, foram submetidas a

ensaios de viscosidade, tempo de cura, rendimento, análise ao microscópio e ensaios térmicos.

Dentro dos ensaios térmicos executaram-se quatro modelos de testes para serem

monitorizados com termopares e também placas de gesso cartonado revestidas com as

amostras para serem submetidas a ensaios na alambeta.

Em conclusão, pretende-se mostrar que a incorporação de materiais alternativos contribui para

que o conforto térmico seja atingido caminhando paralelamente com a necessidade de

sustentabilidade na construção.

Palavras-chave: materiais de mudança de fase, controlo da temperatura, sustentabilidade,

sistemas ativos, armazenamento de calor.


vi


vii

ABSTRACT

Sustainability is an increasingly sought at the level of new construction concept as well as the

rehabilitation of existing buildings in order to walk to the reduction of environmental

problems to date, reduce the consumption of raw materials and emissions to atmosphere, as

well as reduction of energy consumption by increasing the use of alternative sources of

energy production, without the comfort of residents is compromised as well as the costs

associated with these interventions.

In this context, it is possible to say that it is extremely necessary to combine innovative

materials and techniques so that alternative products can be created with capacity to be

adapated to the needs in each case.

This dissertation, in order to further contribute to sustainable building, proposes to study the

incorporation of phase change materials (PCM) on building materials typically used for both

new construction as well as for rehabilitation. The objective becomes to study the

development of thermally active materials from the use of phase change materials

incorporated in coatings, especially paints. To this end, they effected by three paint samples

with 10%, 20% and 30% incorporated PCM. These samples, as well as PCM ink with 0%,

were subjected to viscosity tests, curing time, yield, analysis by microscopy and thermal tests.

Within the thermal tests were carried out four tests models to be monitored and also with

thermocouples plasterboard plates coated with samples to be subjected to tests in alambeta.

In conclusion, it is intended to show that the incorporation of alternative materials contributes

to the thermal comfort is achieved walking alongside the need for sustainability in

construction.

Keywords: phase change materials, temperature control, sustainability, active systems, heat

storage.


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ÍNDICE

CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO ................................................................................................ 1

1.1 Introdução .................................................................................................................... 1

1.2 Objetivos ...................................................................................................................... 1

CAPÍTULO II - ESTADO DA ARTE ....................................................................................... 3

2.1 Materiais de Mudança de Fase (PCM) ........................................................................ 3

2.1.1 Definição .............................................................................................................. 3

2.1.2 Encapsulamento dos PCM’s ................................................................................. 4

2.1.3 Armazenamento de energia .................................................................................. 6

2.1.4 Tipos de PCM’s .................................................................................................... 8

2.1.5 Problemas associados aos PCM’s....................................................................... 12

2.1.6 Métodos de análise/medição do comportamento dos PCM’s ............................. 13

2.2 Materiais de Mudança de Fase na Engenharia Civil .................................................. 14

2.3 Conclusões retiradas de estudos analisados ............................................................... 16

2.3.1 Potencialidades do uso de PCM em edifícios residenciais em Portugal ............ 16

2.3.2 Argamassas com incorporação de PCM’s .......................................................... 17

2.4 Placas de Gesso Cartonado com PCM’s .................................................................... 21

2.4.1 Definição ............................................................................................................ 21

2.4.2 Aplicações de placas de gesso cartonado com incorporação de PCM’s ............ 25

2.5 Tintas como Material de Revestimento ..................................................................... 27

CAPÍTULO III – MATERIAIS E MÉTODOS ........................................................................ 29

3.1 Materiais utilizados .................................................................................................... 29

3.1.1 Material de Mudança de Fase ............................................................................. 29

3.1.2 Tinta .................................................................................................................... 29

3.1.3 Gesso Cartonado ................................................................................................. 30


x

3.1.4 Cimento .............................................................................................................. 31

3.1.5 Água ................................................................................................................... 32

3.1.6 Areia ................................................................................................................... 32

3.2 Métodos de ensaio utilizados ..................................................................................... 33

CAPÍTULO IV – ANÁLISE DE RESULTADOS .................................................................. 37

4.1 Planeamento dos ensaios ........................................................................................... 37

4.2 Viscosímetro de Brookfield ....................................................................................... 38

4.3 Tempo de cura ........................................................................................................... 48

4.4 Rendimento ................................................................................................................ 49

4.5 Análise ao microscópio .............................................................................................. 50

4.6 Modelo de testes ........................................................................................................ 53

4.5.1 Ensaios mecânicos .............................................................................................. 54

4.7 Ensaios térmicos: Alambeta ....................................................................................... 57

4.8 Ensaios térmicos com termopares .............................................................................. 60

CAPÍTULO V – CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS .............................................. 71

CAPÍTULO VI – REFERÊNCIAS .......................................................................................... 75


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ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Material de mudança de fase .................................................................................... 3

Figura 2 - Macroencapsulamento de PCM’s; 1 – em tubos; 2 – em painéis .............................. 5

Figura 3 - Microcápsulas contendo PCM´s ................................................................................ 5

Figura 4 - Processos de microencapsulamento ........................................................................... 6

Figura 5 - Armazenamento de calor ........................................................................................... 7

Figura 6 - Classificação de materiais de mudança de fase ......................................................... 8

Figura 7 - Localização da aplicação e função dos PCM’s em edificios ................................... 16

Figura 8 - Revestimento de parede semidirecto ....................................................................... 22

Figura 9 - Revestimento de parede autoportante ...................................................................... 22

Figura 10 - Parede divisória em placas de gesso cartonado ..................................................... 23

Figura 11 - Teto falso em quadrícula........................................................................................ 23

Figura 12 - Teto suspenso com forquilha ................................................................................. 24

Figura 13 - Teto suspenso ......................................................................................................... 24

Figura 14 - Comparação dos resultados de temperaturas obtidas para uma solução com e sem

incorporação de PCM ............................................................................................................... 27

Figura 15 - Material de mudança de fase utilizado .................................................................. 29

Figura 16 – Tinta utilizada........................................................................................................ 30

Figura 17 - Placa de gesso cartonado utilizada ........................................................................ 31

Figura 18 - Cimento Portland ................................................................................................... 31

Figura 19 - Viscosimetro de “Brookfield” ............................................................................... 34

Figura 20 - Viscosímetro durante o ensaio ............................................................................... 38

Figura 21 - Comparação entre tinta, tinta diluída e tinta com as diferentes % de PCM’s com as

misturas testadas de imediato após preparação ........................................................................ 39


misturas testadas 1h após preparação ....................................................................................... 39


misturas testadas 1h após preparação estando 20min exposta ao ar ambiente ......................... 40

Figura 24 - Análise dos valores médios da viscosidade das diferentes composições .............. 41

Figura 25 - Viscosidade da tinta com adição de 10% de PCM’s ao longo do tempo............... 41


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Figura 28 - Viscosidade aos 2400s da tinta com adição de 10%PCM ..................................... 43



Figura 31 - Correlação entre viscosidade e percentagem de PCM's no ensaio efetuado

imediatamente após efetuada a amostra de tinta ...................................................................... 45

Figura 32 - Correlação entre viscosidade e percentagem de PCM's no ensaio efetuado 1 hora

após efetuada a amostra de tinta ............................................................................................... 46


após efetuada a amostra de tinta tendo estado esta 20 minutos exposta ao ar .......................... 46

Figura 34 - Correlação entre viscosidade e altura do ensaio .................................................... 47

Figura 35 - Tinta com adição de PCM no vidro de relógio ...................................................... 49

Figura 36 - Placas pintadas para calcular calor do rendimento ................................................ 50

Figura 37 - Fotografia ao microscópio de tinta com 10% PCM’s ............................................ 51



Figura 40 - Microcápsulas de PCM ao microscópio ótico ....................................................... 53

Figura 41 - (1) Montagem das laterais e base inferior do modelo com espuma de poliuretano;

(2) Colocação de fita-cola de alumínio na parte exterior; (3) Colocação de fita-cola de

alumínio na parte interior ......................................................................................................... 54

Figura 42 - Provetes para caracterização do betão ................................................................... 55

Figura 43 - Provete submetido ao ensaio à flexão .................................................................... 55

Figura 44 - Resultados obtidos nos ensaios à flexão ................................................................ 56

Figura 45 - Provete submetido ao ensaio de compressão ......................................................... 56

Figura 46 - Ensaios à compressão ............................................................................................ 57

Figura 47 - Alambeta ................................................................................................................ 57

Figura 48 - Condutibilidade térmica das placas ensaiadas ....................................................... 58

Figura 49 - Resistência térmica das placas ............................................................................... 59

Figura 50 – Correlação da condutibilidade térmica das diferentes % de PCM ........................ 59

Figura 51 - Correlação da resistência térmica das diferentes % de PCM................................. 60

Figura 52 - Vista do lado esquerdo ........................................................................................... 62

Figura 53 - Vista interior .......................................................................................................... 63

Figura 54 - Vista do lado direito ............................................................................................... 63


xiii

Figura 55 - Equipamento de transmissão de dados e computador ........................................... 64

Figura 56 - Temperaturas médias para o modelo com tinta com 0% PCM.............................. 65

Figura 57 - Temperaturas médias para o modelo com tinta com 10% PCM............................ 65



Figura 60 - Comparação de temperaturas médias interiores .................................................... 67

Figura 61 - Variação da temperatura interior ao longo de 1 dia ............................................... 67

Figura 62 - Variação da temperatura exterior ao longo de 1 dia .............................................. 68


xiv

ÍNDICE DE QUADROS

Quadro 1 - Características importantes dos materiais para armazenamento de energia ............ 4

Quadro 2 - Propriedades físicas de algumas substâncias orgânicas com potencial utilização

como PCM’s ............................................................................................................................... 9

Quadro 3 - Eutéticos orgânicos e inorgânicos com potencial utilização como PCM’s ............ 11

Quadro 4 - Características mecânicas do cimento CEM II/A-L Classe 42,5R ........................ 32

Quadro 5 - Valores médios retirados da Alambeta................................................................... 58

Quadro 6 - Cálculo do peso de cada material nas misturas ...................................................... 61

Quadro 7 - Cálculo das quantidades necessárias de cada material ........................................... 61

Quadro 8 - Cálculo da média das temperaturas ........................................................................ 64

Quadro 9 - Variações de temperatura ....................................................................................... 68


1

CAPÍTULO I – INTRODUÇÃO

1.1 Introdução

Atualmente, tem-se ouvido falar insistentemente na sustentabilidade, nomeadamente no sector

da construção civil (Martins, 2012).

A sociedade em que vivemos acarreta um dos maiores problemas atuais, o elevado consumo

energético. A sustentabilidade tem o papel de minimizar essa tendência através do uso

ponderado entre as várias necessidades, económicas, sociais, culturais e ambientais para que

possa ser atingido um equilíbrio que satisfaça as gerações atuais, sem comprometer as

gerações futuras (Prego et al., 2013).

Devido à necessidade dos utilizadores em possuírem habitações que caminhem para a

sustentabilidade, passando este objetivo pela diminuição dos gastos com a energia elétrica,

torna-se crucial recorrer a soluções construtivas que ajudem a que o conforto térmico no

interior dos edifícios seja alcançado sem que haja necessidade de recorrer a equipamentos de

climatização, ou que o uso destes seja o mínimo possível (Martins, 2012).

Uma das soluções para que a temperatura interior seja controlada de forma ativa pela envolvente

do edifício com a mínima utilização de equipamentos de climatização, passa pela incorporação de

materiais de mudança de fase (PCM do inglês Phase Change Material) nos materiais de

construção.

Com a incorporação de PCM’s nos materiais utilizados para a construção consegue-se aumentar a

capacidade de armazenamento de calor, o que leva à estabilização das temperaturas interiores,

aumentando a sensação de conforto térmico sentida pelos utilizadores do edifício (Sá et. al, 2012).

1.2 Objetivos

A presente dissertação tem como principal objetivo efetuar uma avaliação experimental do

desempenho térmico de materiais utilizados na construção nova e na reabilitação de edifícios,


2

através da incorporação de PCM’s em revestimentos utilizados na execução de edifícios para que

possam assim contribuir positivamente para o controlo da temperatura interior.

Pretende-se ainda contribuir para o desenvolvimento e utilização de materiais de revestimento

sustentáveis que têm por base materiais com capacidade ativa de isolamento térmico capazes de

substituir/diminuir o uso de equipamentos de controlo de temperatura.

Assim sendo, serão considerados objetivos complementares que conduzirão à melhor

compreensão/realização do objetivo principal, designadamente: a escolha do tipo de PCM a

utilizar, se será orgânico, inorgânico ou eutéctico; o tipo de revestimento onde serão introduzidos

os PCM’s; a quantidade de PCM´s a utilizar; compreender fatores que influenciem o desempenho

dos mesmos; e ainda perceber se esta incorporação acarreta algum problema e razão para o

aparecimento do mesmo.

Em conclusão, pretende-se criar conhecimento para que as construções sejam cada vez mais

sustentáveis do ponto de vista dos três pilares da sustentabilidade, na medida em que a

incorporação de PCM’s nos revestimentos leva a que sejam diminuídos os gastos com energia

para alimentar os sistemas de controlo de temperatura, contribuem para a diminuição do gasto de

recursos naturais para os mesmos sistemas e, por fim, atingir um nível ótimo de conforto para os

utilizadores do edifício.


3

CAPÍTULO II - ESTADO DA ARTE

2.1 Materiais de Mudança de Fase (PCM)

2.1.1 Definição

Os materiais de mudança de fase, representados na Figura 1, (PCM – phase change material)

podem ser definidos como substâncias que têm a capacidade de alterar o seu estado físico

dentro de um intervalo de temperatura, armazenando calor latente através da mudança de fase

sólida para líquida (reação endotérmica), sendo este calor absorvido, libertado posteriormente

quando as temperaturas descem, passando assim da fase líquida para a fase sólida (reação

exotérmica) (Alawadhi 2008) (Kuznik et. al, 2008) (Zalba, B., 2003).

De forma a conseguir uma melhor regulação das variações de temperatura interior, estas

substâncias são encapsuladas em cápsulas termicamente estáveis por forma a garantir um

melhor desempenho do material de mudança de fase. Uma das opções de incorporação destas

capsulas é através dos revestimentos (Miranda & Araújo, 2012).

Figura 1 - Material de mudança de fase (Society, 2013)

O Quadro 1 mostra as características mais importantes dos materiais para armazenamento de

energia.


4

Quadro 1 - Características importantes dos materiais para armazenamento de energia

(Wolfgang Streicher et. al, 2005)

Propriedades Térmicas Propriedades Físicas Propriedades

Químicas

Aspetos

Económicos

Temperatura de

mudança de fase

adequada à aplicação

Calor latente elevado

para a temperatura

desejada.

Condutividade térmica

elevada tanto na fase

líquida como na fase

sólida

Densidade elevada

Pequena variação de

volume na mudança

de fase

Baixa pressão de

vapor

Equilíbrio de fase

favorável

Não sofrer

sobrearrefecimento

Boa

estabilidade

Compatível

com materiais

de construção

Não tóxicos

Não

inflamáveis

Baixo custo

Abundantes

2.1.2 Encapsulamento dos PCM’s

A maior parte dos PCM´s possuem uma baixa condutividade térmica e isto deve-se à baixa

taxa de transferência de calor. De forma a contornar este problema, é muitas vezes utilizado o

micro encapsulamento destes materiais com o objetivo de melhorar a transferência de calor

através do aumento da razão entre superfície/volume do PCM (W Streicher et al., 2008) (L.

Huang et. al, 2009).

Existem dois tipos de encapsulamento dos PCM´s, o macroencapsulamento e o

microencapsulamento.

O macroencapsulamento é efetuado através da inclusão de materiais de mudança de fase em

sistemas de contenção, que poderão ser tubos, bolsas, esferas, painéis, entre outros. (Arce

Maldonado, 2011) Alguns estudos e experiências foram desenvolvidos sobre este tipo de

encapsulamento e as conclusões retiradas foram a não viabilidade do macroencapsulamento

pois, devido aos baixos valores de condutividade térmica da maioria dos PCM´s, estes tendem

a solidificar-se nas paredes no encapsulamento o que impede a eficácia na transferência de

calor (Rodrigues, 2009). A Figura 2 mostra dois tipos de macroencapsulamento de PCM’s.


5

Figura 2 - Macroencapsulamento de PCM’s; 1 – em tubos; 2 – em painéis (Arce Maldonado,

2011) (Rodrigues, 2009)

No que diz respeito ao microencapsulamento (Figura 3), este método resulta do envolvimento

de pequenas partículas/gotas de um compósito líquido ou sólido, constituindo o núcleo, e por

uma camada/parede de um material sólido, normalmente um polímero, formando assim a

cápsula (Silva, 2009).

Este método consegue uma maior viabilidade perante o primeiro método apresentando visto

que permite a incorporação de PMC’s nos materiais de construção e a existência de um

sistema de armazenamento de calor de mais fácil manuseamento (Nunes, 2011).

Figura 3 - Microcápsulas contendo PCM´s (Rodrigues, 2009)

A Figura 4 apresenta os principais métodos de microencapsulamento existentes.


6

Figura 4 - Processos de microencapsulamento (Silva, 2009)(Cardoso, 2006)

Este método é muito aplicado em fármacos, fragrâncias e produtos cosméticos, de forma a

proporcionar a libertação controlada das substâncias. No caso dos PCM’s, o objetivo é que o

material se conserve no interior da microcápsula em condições normais de manuseamento,

sendo a sua interação com o meio envolvente efetuado de forma indireta (Nunes, 2011).

É necessário dar a devida importância ao tipo de processo de microencapsulamento e ao tipo

de substância a utilizar para a formação da cápsula, para assim, conseguir-se as estabilidades

química, física e mecânica necessárias (Silva, 2009) (Junfeng Su & Ren, 2006).

O diâmetro das microcápsulas deve ser reduzido para que a transferência de calor entre o

PCM e o meio envolvente seja rápida. Foi possível constatar uma desvantagem na utilização

de PCM de origem parafínica, relativa aos múltiplos picos nas curvas de arrefecimento,

indicadores de sobrearrefecimento, sendo isto um fator limitativo. Isto faz com que o PCM

cristalize levando à libertação da energia latente a temperaturas baixas ou gamas de

temperaturas mais largas, fora da gama desejada (Silva, 2009) (X. X. Zhang et. al, 2005).

2.1.3 Armazenamento de energia

Os PCM’s controlam a temperatura através da absorção de calor consumindo a energia em

excesso (passagem de sólido para líquido), quando a temperatura diminui o material de

mudança de fase liberta a energia térmica armazenada (passando de líquido para sólido),


7

mantendo assim a temperatura constante. Obtém-se um material que consome a energia

quando esta está em excesso e a repõe quando ela é deficitária, minimizando as oscilações

térmicas a que está sujeito o sistema (Coutinho, 2012).

Existem dois tipos de armazenamento de energia, o térmico e o termoquímico como podemos

ver na Figura 5 (Sharma et. al, 2009). No que diz respeito ao armagenamento de energia

térmico este pode ser na forma de calor sensivel ou calor latente. No primeiro caso a energia

térmica é guardada através do aumento da temperatura de um sólido ou líquido. Estes

sistemas utilizam a capacidade calorífica e a alteração na temperatura do material durante o

processo de carga e descarga. O calor especifico do meio, a temperatura e a quantidade de

material de armazenamento são factores que influênciam o calor de armazenamento. Este tipo

de sistemas de armazenamento de calor são baseados no calor absorvido ou libertado quando

um material de armazenamento sofre mudança de fase do estado sólido para o estado líquido

ou do estado líquido para o estado gasoso (Mendes et. al, 2010).

Os sistemas de armazenamento termoquímico fundamentam-se na energia absorvida e

libertada na quebra e formação de ligações moleculares numa reação química reversível. O

calor de armazenamento depende do material de armazenamento, do grau de conversação da

reação e do calor de reação (Mendes et al., 2010).

Figura 5 - Armazenamento de calor (Mendes et al., 2010)


8

2.1.4 Tipos de PCM’s

Os materiais de mudança de fase podem ser classificados em dois grandes grupos: orgânicos e

inorgânicos, que por sua vez se dividem em subgrupos, como se pode verificar na Figura 6

(Mendes et al., 2010).

Figura 6 - Classificação de materiais de mudança de fase (Mendes et al., 2010)

Começando pelos materiais de mudança de fase orgânicos, os mais estudados até à data são as

parafinas, que apresentam longas cadeias lineares constituídas por carbono e hidrogénio,

verificando-se que o aumento do ponto de fusão e do calor latente de fusão é influenciado

pelo comprimento da cadeia de carbonos. As parafinas são compostos não tóxicos nem

corrosivos, quimicamente inertes, estáveis abaixo de 500ºC, que possuem um intervalo de

temperaturas de mudança de fase de 0-130ºC com entalpias de fusão num intervalo de 150-

220Mj/m3, que apresentam pequena variação de volume na fusão e baixa pressão de vapor

(Silva, 2009) (Baetens et. al, 2010) (Sharma et al., 2009) (Zalba, B., 2003) (L. Huang et al.,

2009).


9

Uma forma de obter determinadas gamas de temperatura de transição passa pela mistura de

diferentes parafinas (Silva, 2009).

O quadro 2 ilustra as propriedades físicas de algumas substâncias orgânicas com potencial de

utilização como PCM.

Quadro 2 - Propriedades físicas de algumas substâncias orgânicas com potencial utilização

como PCM’s (Wolfgang Streicher et al., 2005)

Composto Intervalo de

Fusão (ºC)

Calor de

Fusão (kJ/kg)

Condutividade

Térmica (W/m.K) Densidade (kg/L)

Parafinas C13-

C24 22-24 189 0,21 (sólido)

0,760 (líquido,

25ºC)

0,900 (sólido,

20ºC)

Parafinas C20-

C33 48-50 189 0,21 (sólido)

0,769 (llíquido,

70ºC)

0,912 (sólido,

20ºC)

Parafinas C22-

C45 58-60 189 0,21 (sólido)

0,795 (líquido,

70ºC)

0,920 (sólido,

20ºC)

Parafinas C21-

C50 66-68 189 0,21 (sólido)

0,830 (líquido,

70ºC)

0,930 (sólido,

20ºC)

Poliglicol E600 22 127.2

0,189 (liquido,

38,6ºC)

0,187 (liquido, 67ºC)

1,126 (líquido,

25ºC)

1,232 (sólido, 4ºC)

Poliglicol

E6000 66 190 n.d.

1,085 (liquido,

70ºC)


10

1,212 (sólido,

25ºC)

Ácido Cáprico 16 148.5 0,149 (liquido,

38,6ºC)

0,901 (liquido,

30ºC)

0,981 (sólido,

13ºC)

34% Ác.

Mirístico +

66% Ác.

Cáprico

24 147.7 0,164 (liquido,

39,1ºC)

0,888 (líquido,

25ºC)

0,1018 (sólido,

1ºC)

Ácido Miristico 49-51 204.5 n.d.

0,861 (liquido,

55ºC)

0,990 (sólido,

24ºC)

Ácido Esteárico 69 202.5 0,172 (líquido, 70ºC)

0,848 (líquido,

70ºC)

0,965 (sólido,

24ºC)

Notas: % em peso; n.d: informação não disponível.

Para além deste composto, existem outros materiais de mudança de fase orgânicos “não

parafínicos”, sendo eles os ésteres, ácidos gordos, álcoois, glicóis entre outros. Os ácidos

gordos, por exemplo, têm elevados calores de fusão em comparação com as parafinas,

apresentam reprodutibilidade na fusão e solidificação e arrefecem sem sofrerem

sobrearrefecimento. O ponto negativo da sua utilização é o seu custo, cerca de 2 a 2,5 vezes

superior ao das parafinas de grau técnico (W Streicher et al., 2008) (L. Huang et al., 2009).

A inflamabilidade, a produção de fumos perigosos durante o seu processo de combustão,

possibilidade de ocorrência de oxidação térmica ao longo do tempo e um aumento do seu

volume são desvantagens dos materiais de mudança de fase orgânicos. Estas desvantagens

podem ser ultrapassadas através de uma correta seleção e modificação dos materiais (Silva,

2009) (Cardoso, 2006).


11

Em relação aos materiais de mudança de fase inorgânicos pode dizer-se que os sais hidratados

são a classe mais importante. Os sais podem ter três tipos de comportamento na fusão:

congruente, semi-congruente e incongruente (Mendes et al., 2010).

Se se comparar com os PCM’s orgânicos, os PCM’s inorgânicos apresentam elevadas

entalpias de transição, não são inflamáveis, são economicamente mais viáveis e têm uma fácil

acessibilidade. No entanto, possuem desvantagens, são suscetíveis à decomposição, são

corrosivos, existe possibilidade de apresentar subarrefecimento, o que afeta as suas

propriedades de transição. Nos sais hidratados é difícil manter a alta densidade de

armazenamento durante o ciclo pois estes derretem formando assim sais com valores de

densidade de armazenamento mais baixos, este processo é irreversível e torna a capacidade de

armazenamento menor.(Baetens et al., 2010) (Zalba, B., 2003).

Por fim, os eutécticos são combinações de dois ou mais compostos de natureza orgânica,

inorgânica ou ambas, alcançando-se assim um material de mudança de fase com

características melhoradas, conseguindo temperaturas de transição aproximadas às

necessárias. Estes materiais de mudança de fase têm um comportamento semelhante aos sais

hidratados, sendo a sua principal desvantagem o seu custo (Baetens et al., 2010) (Silva, 2009)

(Zalba, B., 2003).

O quadro 3 mostra as características dos PCM’s eutécticos, orgânicos e inorgânicos com

potencial para utilização como PCM’s.

Quadro 3 - Eutéticos orgânicos e inorgânicos com potencial utilização como PCM’s (Mendes

et al., 2010)

Eutéticos Compostos Temp. de

Fusão (ºC)

Calor de

Fusão (kJ/kg)

Condutividade

Térmica (W/m.K)

Orgânicos

37,5% Ureia +

63,5% Acetamida 53 n.d. n.d.

67,1 % Naftaleno +

32,9% ácido

Benzóico

67 123.4 0,136 (líquido, 78,5ºC)

0,282 (sólido, 38ºC)


12

Inorgânicos

51-55%

Cu(NO3)3.6H2O +

45-

49% LiNO3.3H2O

16.5 250 n.d.

45-52%

LiNO3.3H2O +

48-55%

Zn(NO3)3.6H2O

17.2 220 n.d.

Notas: n.d: informação não disponível.

2.1.5 Problemas associados aos PCM’s

Um dos problemas associados ao uso de PCM’s é o sobrearrefecimento do PCM que ocorre

quando não há uma solidificação homogénea na transição de estado líquido para sólido. A

solidificação de alguns constituintes não ocorre a uma temperatura precisa, mas numa gama

abaixo do ponto de fusão, este atraso pode fazer com que os materiais nunca cheguem a

libertar todo o calor que armazenaram. Este fenómeno é mais comum nos sais hidratados,

PCM’s inorgânicos (Farid et. al, 2004) (Cabeza et. al, 2011).

Outro problema encontrado é corrente nos PCM’s orgânicos, estes são naturalmente mais

suscetíveis ao risco de inflamabilidade, pois as ceras de parafina entram facilmente em

combustão, podendo restringir a sua utilização em certas aplicações. De forma a minimizar

esta desvantagem é eficaz o adequado encapsulamento da parafina num invólucro inorgânico.

(Vieira, 2012).

Como terceira desvantagem a apresentar tem-se a separação de fases que origina que a

elevada densidade de armazenamento de calor inicial seja difícil de manter após vários ciclos.

O PCM, ao ser constituído por diferentes materiais (água e sal ou dois tipos de sais) e sendo a

temperatura de solidificação de cada material distinta, origina este tipo de fenómeno. Isto

acontece porque a matriz do PCM não solidifica homogeneamente e não volta a ter as mesmas

características iniciais, gerando irreversibilidade parcial do processo e o fenómeno de

sobrearrefecimento antes descrito. Um aumento de viscosidade pode ser um caminho para


13

contornar este fenómeno. Este fenómeno é mais frequente em PCM’s inorgânicos (Farid et

al., 2004).

Por fim, o custo, sendo que este é elevado e pode levar a que haja um uso diminuto de PCM’s

na construção (Vieira, 2012).

2.1.6 Métodos de análise/medição do comportamento dos PCM’s

São conhecidas duas técnicas para determinar as propriedades térmicas dos PCM’s, sendo

elas, a calorimetria diferencial de varrimento (DSC) e análise térmica diferencial (DTA) (P.

Soares, 2014).

O DSC mede a quantidade de calor absorvida ou libertada por um corpo sujeito a uma

mudança de temperatura (transferência de calor por condução). A diferença entre o valor de

calor necessário para aumentar a temperatura de duas amostras diferentes em condições

idênticas, uma amostra do material em análise e uma amostra de referência com propriedades

conhecidas, é medida como uma função da temperatura (N. Soares et. al, 2013).

A reação térmica da amostra é caracterizada por comparação com a reação térmica da amostra

de referência. A análise DSC é habitualmente utilizada para avaliar características térmicas de

PCM’s, bem como compósitos com materiais de construção (N. Soares et al., 2013).

Segundo Sittisart e Farid (Sittisart & Farid, 2011) os resultados de DSC demonstram que a

adição de retardadores de fogo num PCM de forma estável (para reduzir a sua

inflamabilidade) teve pouco efeito sobre o valor de calor latente e não altera as suas

propriedades térmicas de forma significativa.

As principais limitações do DSC são:

a) A convecção na amostra, a não uniformidade de temperatura na amostra e o tempo

necessário para aquecer ou arrefecer a amostra (inércia) são alguns fenómenos de

transferência de calor que são omissos nesta análise;

b) As quantidades de amostras analisadas são pequenas, embora a capacidade de calor

equivalente calculada utilizando as curvas de DSC, é influenciada pela taxa de massa da

amostra e aquecimento;


14

c) A instrumentação de análise é complexa, cara e a mudança de fase não pode ser observada

visualmente.

Em conclusão, a taxa de aquecimento é um parâmetro sensível nas medições de DSC.

A DTA é a alternativa aos testes de DSC, onde o calor aplicado é o mesmo para as duas

amostras (amostra a caracterizar e amostra de referência). No método DSC a energia é

utilizada para manter a amostra e a amostra de referência à mesma temperatura, enquanto a

DTA mede a diferença de temperatura entre a amostra e a amostra de referência quando

ambas são sujeitas ao mesmo calor (N. Soares et al., 2013).

Por fim, existe o método T-History que foi proposto por Zhang e Jiang (Y. Zhang & Jiang,

1999), é um método simples para determinar o ponto de fusão, calor de fusão, calor específico

e condutividade térmica de PCM’s. As curvas de temperatura – tempo das amostras de PCM

são desenhadas e as suas propriedades termofísicas são obtidas através da comparação das

curvas de temperatura – tempo da curva de outro material conhecido, geralmente água pura.

Ao comparar o método T-History com os métodos convencionais DSC e DTA verificamos o

seguinte:

a. Método projetado para testar grandes amostras;

b. Unidade experimental simples;

c. Capacidade de medir várias propriedades termofísicas de várias amostras de PCM

simultaneamente;

d. Permite observar o processo de mudança de fase de cada uma das amostras.

2.2 Materiais de Mudança de Fase na Engenharia Civil

A energia térmica pode ser transmitida por radiação e por convecção, e a exploração do PCM

na construção está associada a este tipo de energia, pois existe o objetivo de melhorar o

funcionamento térmico dos edifícios sem recorrer a energias não renováveis. O fenómeno de

radiação é estudado através da incorporação de PCM em paredes, tetos e pavimentos na forma

passiva, e na forma ativa, funcionando como sistema híbrido conjugando com o sistema de

ventilação natural. No fenómeno de convecção o PCM é estudado através da transferência em


15

sistemas de ventilação e ar condicionado, onde se faz passar uma corrente de ar quente ou frio

no seio do PCM ou em contacto direto com uma suspensão de PCM (Martins, 2012).

Os materiais de mudança de fase podem ser utilizados na construção de diversas maneiras

passando por, incorporação na estrutura de betão armado, recobrimento de tubagens de

aquecimento colocadas no pavimento, em sistemas de aquecimento solar, em materiais de

construção (telhas, blocos, …) e em rebocos (Aguiar & Monteiro 2004).

No entanto, na utilização de PCM’s em argamassas, ao aumentar o seu teor as argamassas

perdem resistências mecânicas, origina diminuição de resistência à flexão e diminuição de

resistência à compressão (Aguiar & Monteiro, 2004). Esta diminuição encontra-se relacionada

com a presença de uma maior dosagem de água na amassadura quando são adicionados

PCM’s, a evaporação da água origina maiores índices de porosidade, que por sua vez

fragilizam a resistência das argamassas. Uma forma de contornar este problema será diminuir

a porosidade da mistura.

A quantidade de materiais de mudança de fase a incorporar nas argamassas deve ser estudada

pois uma pequena quantidade pode não ser suficiente para lhe conferir as propriedades

térmicas necessárias, uma grande quantidade diminui consideravelmente as resistências

mecânicas da argamassa pois a resistência mecânica é muito inferior a resistência dos outros

componentes. Outro efeito desfavorável é o facto dos PCM’s não apresentam boa aderência às

pastas ligantes das argamassas (Aguiar & Monteiro, 2004).

No que diz respeito à funcionalidade dos PCM’s, no inverno estes armazenam calor quando a

temperatura ultrapassa a sua temperatura de fusão passando para o estado líquido, quando a

temperatura desce o calor armazenado é libertado e o PCM solidifica. No verão, durante o dia,

quando a temperatura sobe, há a fusão do PCM, retirando calor do ambiente, durante a noite,

quando a temperatura desce o PCM liberta o calor retido até solidificar. A existência de

ventilação natural poderá aumentar o efeito regularizador dos PCM’s (Aguiar & Monteiro,

2004).

Na Figura 7 são apresentadas várias zonas de aplicação de PCM’s para ajudar a controlar a

temperatura nos edifícios.


16

Figura 7 - Localização da aplicação e função dos PCM’s em edificios (Silva, 2009) (Y.

Zhang, Zhou, Lin, Zhang, & Di, 2007)

2.3 Conclusões retiradas de estudos analisados

2.3.1 Potencialidades do uso de PCM em edifícios residenciais em Portugal

Através da análise deste trabalho foi possível reter que estudos mostram que os materiais de

mudança de fase têm um efeito positivo sobre a estabilização da temperatura ambiente e

economia de energia (Mustaparta et. al, 2013).

Em casas em que não existem sistemas de climatização, os PCM’s aumentam a temperatura

média e reduzem as grandes oscilações térmicas. Os resultados mostram aumentos de 5 º C na

temperatura média ambiente (Mustaparta et al., 2013).

Em casas onde existem sistemas de climatização os materiais de mudança de fase ajudam a

reduzir os picos de carga e diminuir o consumo de energia no aquecimento e refrigeração. Os

resultados mostram uma diminuição no consumo de energia (sal hidratado 22,9%, parafina

6,4%). No entanto, os PCM’s não podem funcionar durante os períodos frios se o ponto de

fusão não é atingido, principalmente em casas sem sistema de aquecimento (Mustaparta et al.,

2013).


17

2.3.2 Argamassas com incorporação de PCM’s

a) Argamassas incorporando microcápsulas de materiais de mudança de fase (PCM), o

seu processo de obtenção e sua utilização no revestimento interior de sistemas

construtivos

Num estudo feito com argamassas para utilização em sistemas construtivos com maior

eficácia de isolamento através da inclusão de PCM’s apenas nas camadas que compõem o

revestimento interior, foi possível retirar algumas conclusões importantes.

No revestimento das paredes e tetos de um edifício são aplicadas várias camadas de

argamassas com diferentes composições. Ao serem utilizados PCM’s apenas na camada de

acabamento, estes ficam em contacto direto com o interior do edifício, isto leva a que o custo

do sistema de revestimento interior não seja tão caro como aconteceria se todas as camadas de

argamassa levassem PCM’s na sua composição. Por outro lado, é na camada de acabamento

que o PCM pode ser termicamente mais eficaz. Um PCM com mudanças de fase

sólido/líquido (amolecimento) e líquido/sólido (cristalização) próximo dos 20ºC, permite a

manutenção de uma temperatura interior próxima deste valor, com um consumo de energia

inferior ao que se obtém com os sistemas de revestimento interior atuais (Aguiar et. al, 2007) .

As microcápsulas de PCM ao estarem na camada em contacto com o meio ambiente permitirá

que o material trabalhe com mais facilidade do que se estiver misturado no interior de outro

material. Por outro lado, a inclusão de microcápsulas de PCM numa camada de acabamento

não alterará a resistência do suporte estrutural (Aguiar et al., 2007).

b) Argamassas Térmicas Sustentáveis: O Contributo dos Materiais de Mudança de

Fase

Este estudo teve como objetivo o desenvolvimento de uma argamassa mista de cal aérea e

gesso, com a incorporação de PCM. O estudo incidiu no objetivo de possuir um compromisso

entre a trabalhabilidade, resistência mecânica e aparência estética (Cunha et. al, 2012).

Os materiais usados para esta investigação foram microcápsulas de PCM constituídas por uma

parede em polimetilmetacrilato e um núcleo em parafina, temperatura de transição de 23ºC


18

entalpia de 110kJ/kg, superplastificante com densidade de 1.05g/cm3e areia com tamanho de

partícula médio de 439,9 μm (Cunha et al., 2012).

Desta investigação pode retirar-se como conclusões que em termos de trabalhabilidade é

necessário um aumento da quantidade de água adicionada às argamassas, com o aumento da

percentagem de PCM e que um aumento de 10% de materiais de mudança de fase

corresponde a um aumento de cerca de 52% da quantidade de água. No que diz respeito a

resistências mecânicas é possível verificar que existe uma melhoria das resistências mecânicas

com a introdução de uma maior quantidade de PCM e que a percentagem ótima de PCM a

adicionar na argamassa é de 20% e que o valor obtido para uma percentagem de incorporação

de PCM de 30%, é superior ao apresentado pelas argamassas sem incorporação de PCM

(Cunha et al., 2012).

Em termos de análise de retração foi possível concluir que existe um aumento no valor da

retração com a incorporação de microcápsulas de PCM, a adição de gesso e fibras de nylon,

resulta numa diminuição da retração nas primeiras 24 horas e a introdução de 20% de PCM,

provocou um aumento na retração de cerca de 4 vezes, comparativamente com a argamassa de

referência. O comportamento em compressão e flexão, permite observar um melhor

desempenho, para percentagens de incorporação de PCM entre 15% e 20% e é possível

concluir que a argamassa com incorporação de 60% de cal aérea, 40% de gesso e 20% de

PCM, mostrou um equilíbrio entre as suas características mecânicas e retração (Cunha et al.,

2012).

c) Funcionalização de argamassas para controlo das condições ambiente

Este trabalho diz respeito ao desenvolvimento de argamassas funcionais onde foi utilizada

uma argamassa padrão de revestimento à qual foi adicionada poliacrilato de sódio, dióxido de

titânio (TiO2) e um material de mudança de fase (PCM). A adição de um ou mais aditivos na

argamassa padrões, realizando as várias combinações, foram realizados ensaios de

caracterização de propriedade, de produto endurecido, mecânicos, densidade aparente,

permeabilidade, etc (Vieira, 2012).

Através deste estudo foi possível retirar como conclusões que no estado fresco, a adição de

adjuvantes requer um acréscimo de água de amassadura para se obter a trabalhabilidade


19

necessária, sendo que, a adição de PCM influencia negativamente esta desvantagem (Vieira,

2012).

Argamassas com adição de materiais de mudança de fase apresentam valores de viscosidade

plástica e de tensão de escoamento mais elevados que as restantes misturas, apesar da superior

quantidade de água e amassadura. O valor do coeficiente de capilaridade é influenciado pela

quantidade e tamanho dos poros e o seu grau de interligação. As amostras preparadas com a

mistura de PCM na argamassa padrão apresentam valores elevados de capilaridade. No

entanto, estas amostras exibem inchamento superficial quando entram em contacto com a

água, podendo trazer problemas estruturais e estéticos após cura. No ensaio fotocatalítico

verificou-se que as amostras que possuíam PCM na sua constituição têm menor capacidade de

degradação de poluentes atmosféricos, nomeadamente NOx (Vieira, 2012).

Por fim, pode concluir-se que havendo um balanço ponderado de diferentes aditivos

consegue-se obter argamassas que apresentam novas (múltiplas) funções, mas por vezes foi

comprometido o seu processamento e propriedades básicas, essencialmente, de degradação

superficial (Vieira, 2012).

d) Argamassas Sustentáveis de Baixa Retração

Foram estudadas argamassas onde houve variação da percentagem de PCM, 10%, 20% e

30%, nas composições em que as argamassas fissuraram introduziu-se gesso e fibras. Foram

efetuados ensaios para ajuda na compreensão da influência dos materiais nomeadamente no

que diz respeito à retração, componente que se pretende controlar (Martins, 2012).

Em termos de conclusões retiradas do trabalho elaborado tem-se que o PCM não facilita o

controlo da retração, pelo que foi necessário preparar argamassas com adição de gesso e fibras

para controlar o problema a fissuração fazendo com que este fosse atenuado. Com adição das

fibras na argamassa conseguiu-se baixar um pouco o valor de retração, uma vez que estas

diminuem as deformações no interior da argamassa. “Em todas as composições ensaiadas, foi

nas primeiras 24 horas que a retração teve uma maior variação, a partir do 3º, 4º dia este valor

tenderia a manter-se constante até ao 7º dia em que era realizada a desmoldagem e mantendo-

se o registo do comportamento da retração até aos 28 dias.” Para o ensaio de retração, a


20

argamassa com incorporação 20% de PCM, 40% de Gesso e 60% de Cal, mostrou valores de

baixa retração (Martins, 2012).

Através da introdução das fibras de poliamida e gesso conseguiu-se baixas o valor da retração

nas primeiras horas, quando a argamassa não possui resistência mecânica para absorver os

esforços originados durante este processo, causando a fendilhação nesta fase (Martins, 2012).

Através da análise deste trabalho foi possível concluir também que, através dos resultados dos

ensaios de perda de massa, as argamassas sem incorporação de PCM são as que têm maior

perda de massa e em menos tempo. As argamassas com 10% e 20% têm um valor de perda de

massa inferior aos das respectivas argamassas de referência em cada série. As argamassas

com 30 % de PCM apresentaram os valores mais elevados de perda de massa (Martins, 2012).

e) Valorização térmica de argamassa de reboco com Phase Change Materials:

Abordagem experimental e numérica

Os objetivos deste trabalho passam pela caracterização de um novo material de construção

compósito com incorporação de microcápsulas de PCM em argamassa de reboco. O estudo

foi feito com base em duas células para testes em pequena escala: uma com recurso a

argamassa convencional; e outra com PCM na argamassa de reboco. Ambas foram

monitorizadas quando submetidas a ciclos de temperaturas realistas, com altas variações de

temperatura, a fim de avaliar o efeito de incorporação do PCM (Sá et al., 2012).

Daqui é possível concluir que a argamassa reforçada termicamente foi alcançada com 25% de

PCM na fração de massa, como características térmicas da argamassa desenvolvida temos:

entalpia de 25 kJ / kg, numa gama de fusão de 23ºC a 25ºC; e condutividade térmica de 0,3 W

/ mºC, e por fim concluiu-se que a melhor solução para alcançar o conforto térmico com PCM

depende dos ciclos térmicos ambientais, e que as soluções de compromisso devem ser

adaptadas para ter um desempenho quase ideal durante todo o período do ano possível mais

prolongado (Sá et al., 2012).


21

2.4 Placas de Gesso Cartonado com PCM’s

2.4.1 Definição

As placas de gesso cartonado são um material cada vez mais utilizado na construção civil na

execução de divisórias interiores e no revestimento e isolamento de paredes e tetos. A sua

utilização ajuda a criar um ambiente saudável e com maior conforto térmico e acústico

contribuindo para uma finalização perfeita sem fissuras ou deformações. Este material é

eficaz e versátil pois permite a alteração e modulação interior adequando-os à arquitetura

desejada. O seu sistema de construção a seco é um método rápido, limpo, económico e

ambientalmente sustentável. São a solução ideal para a nova construção e reabilitação de

espaços existentes (Gyptec, 2014).

As placas de gesso laminado ou placas de gesso cartonado são resistentes ao fogo, ao impacto

e são isentas de substâncias nocivas. Promovem um maior conforto térmico e acústico e

possibilitam várias hipóteses de acabamento proporcionando uma finalização sem fissuras ou

deformações. São um material eficiente e económico e promovem uma boa eficiência

energética na medida em que reduzem as necessidades energéticas de aquecimento e

arrefecimento dos edifícios, reduzindo consumos e custos de energia. Por fim, são um

material eficaz e versátil pois permite alterar a modulação interior. O sistema de construção a

seco é rápido, limpo, económico e sustentável ao nível ambiental (Gyptec, 2013).

As placas de gesso cartonado podem ser aplicadas de várias formas consoante o objetivo da

sua aplicação ou, em caso de reabilitação, consoante o existente. Um dos métodos é o

revestimento de parede direto com transformados, que passa por após executado o corte das

placas com as medidas necessárias, aplica-se punhados de pasta de adesão onde as placas

serão fixadas de seguida.

Se se optar por revestimento de parede semidirecto (Figura 8) haverá a necessidade de utilizar

calhas que serão fixadas à parede e posteriormente serão aparafusadas nessas mesmas calhas

as placas de gesso cartonado (URALITA, 2008).


22

Figura 8 - Revestimento de parede semidirecto (URALITA, 2008)

No caso de revestimento de parede autoportante (Figura 9) o primeiro passo será instalar

canais superiores e inferiores onde serão aparafusados montantes verticais. As placas de gesso

cartonado serão aparafusadas a esses montantes constituindo assim o revestimento da parede

(URALITA, 2008).

Figura 9 - Revestimento de parede autoportante (URALITA, 2008)

Para a execução de divisórias são necessários canais superiores e inferiores onde serão

aparafusados os montantes verticais. As placas são aparafusadas aos montantes. Neste caso

serão utilizadas placas de gesso cartonado em ambas as faces da estrutura (URALITA, 2008).

Na Figura 10 é ilustrada a parede divisória em placas de gesso cartonado.


23

Figura 10 - Parede divisória em placas de gesso cartonado (URALITA, 2008)

Por fim para a execução de tetos existe a aplicação através de quadrícula (Figura 11), teto

suspenso com forquilha (Figura 12), e teto suspenso (Figura 13). Na execução de teto em

quadrícula, será necessário definir uma linha de nível nas paredes para que sirva de referência,

de seguida serão implantados os perfis primários. Serão colocados varões roscados para que

assim se possa fixar toda a estrutura suspensa. Procede-se à colocação de perfis secundários

para que assim se possam formar as quadrículas para posterior aplicação das placas

devidamente cortadas (URALITA, 2008).

Figura 11 - Teto falso em quadrícula (URALITA, 2008)


24

Para o teto suspenso com forquilha, após a marcação da linha de nível nas paredes serão

colocados ao longo dessa linha perfis de perímetro. Após esta etapa serão colocados os

restantes suportes. Após terminada a estrutura poderá proceder-se ao aparafusamento das

placas. Por fim no teto suspenso serão utilizados perfis ao longo da parede, onde serão fixos

perfis perpendiculares a estes com ajuda de varões roscados. Após a estrutura completa pode

aparafusar-se as placas de gesso cartonado (URALITA, 2008).

Figura 12 - Teto suspenso com forquilha (URALITA, 2008)

Figura 13 - Teto suspenso (URALITA, 2008)

Em todas as situações referidas anteriormente é possível a colocação de isolamento. É de

salientar que são necessárias algumas particularidades em pontos-chave como por exemplo,

portas, janelas, cantos, remates, etc.


25

2.4.2 Aplicações de placas de gesso cartonado com incorporação de PCM’s

A envolvente vertical dos edifícios é um dos elementos construtivos preferenciais para estudo

das potencialidades dos materiais de mudança de fase, em que uma das formas é a sua

incorporação em placas de gesso cartonado e revestimentos à base de gesso (Nunes, 2011).

Os painéis de gesso cartonado comuns podem ser substituídos por painéis de gesso cartonado

com incorporação de PCM’s durante a nova construção ou durante a reabilitação de um

edifício existente, isto aumenta as áreas de armazenamento térmico para

aquecimento/arrefecimento solar passivo, permitindo a diminuição da utilização de

equipamento mecânico de climatização (Tyagi & Buddhi, 2007).

Athienitis et al analisaram o comportamento de uma célula de teste constituída por painéis de

gesso cartonado com incorporação de PCM (25% em massa e temperatura de transição entre

17-21ºC), sujeitos a temperaturas exteriores de inverno. A temperatura interior da célula foi

mantida a 23ºC durante o dia e a 16ºC durante a noite. Verificou-se uma redução na

temperatura máxima de 4ºC na célula de teste com incorporação de PCM’s, ou seja permite

reduzir 15% o consumo de energia para aquecimento (Athienitis et. al, 1997).

Darkwa et al investigaram o comportamento de duas soluções diferentes incorporando

materiais de mudança de fase. Foram comparados painéis de gesso cartonado, com 12 mm de

espessura, com incorporação de PCM’s, com placas de gesso cartonado simples, com 10 mm

de espessura, revestidas por lâminas de PCM com 2 mm, perfazendo assim os 12mm. A

percentagem de materiais de mudança de fase incorporados foi de 17% nas duas soluções. As

conclusões retiradas foram que a utilização de PCM laminado é mais eficiente no que diz

respeito à utilização da energia latente, esta solução contribuiu para um aumento de 17% da

temperatura interior mínima (Darkwa et.al, 2006).

Chen et al estudaram a aplicação de material de mudança de fase incorporado em painéis de

gesso cartonado numa parede orientada a norte (Chen et. al, 2008).

A aplicação de PCM’s adequada à superfície interna da parede de teste não só pode melhorar

o conforto térmico interior como também aumentar a taxa de utilização da radiação solar, o

que faz com que o consumo de energia para aquecimento seja reduzida. A temperatura


26

máxima atingida durante o dia foi de 25.5ºC no lado de referência e de 24ºC no lado do PCM

(Chen et al., 2008).

No inverno, com a utilização de painéis com 30mm de espessura e materiais de mudança de

fase com temperatura de transição de 23ºC, manifestou uma poupança energética de 17% com

base numa temperatura de conforto de 20ºC (Chen et al., 2008).

Kalousck e Hirs desenvolveram um caso de estudo, onde comparam o conforto térmico

simulado em duas salas no sótão de uma casa durante o verão. A primeira sala contem gesso

convencional e a segunda com painéis com incorporação de materiais de mudança de fase

com ponto de fusão de 29˚C, com uma aplicação a 70% PCM e 30% em gesso. Conclui-se

deste estudo que o painel com PCM poderia manter o conforto térmico de verão, onde se

verificou que a temperatura da superfície diminuiu 3,5 e a temperatura do ar no interior da

sala diminuiu 2,5 ˚C (Kalousk M, 2003).

Oliver et al examinaram a conformidade da inclusão de materiais de mudança de fase em

painéis de gesso para aumentar a sua capacidade de armazenamento de energia térmica.

Foram incluídas no estudo as influências de diferentes parâmetros e variáveis do sistema

(temperatura ambiente, velocidade do ar, exposição de materiais de mudança de fase e

localização no edifício), por forma a estabelecer um sistema de armazenamento de calor

latente que, em conjunto com estratégias passivas (ganhos solares, ventilação natural), fosse

capaz de reduzir o consumo de energia em edifícios. Deste trabalho foi possível concluir que

um painel de gesso com 1,5 cm de espessura, com incorporação 44,5% do seu peso em PCM,

é capaz de aumentar a capacidade de armazenamento térmico em cinco vezes comparando

com um painel de gesso atual com a mesma espessura, ou uma parede de tijolo com 11,5 cm

de espessura na faixa de conforto (20-30 °C), mantendo as propriedades mecânicas e físicas

necessárias (Oliver et. al, 2010).

Schossig et al estudaram a incorporação de microcápsulas de PCM em pastas de gesso. O

trabalho foi baseado em duas células de teste, cujas paredes foram revestidas internamente

com gesso projetado, com e sem PCM. Durante o decorrer da experiência, foram testadas

duas soluções: um revestimento com 6 mm de espessura, incorporando 40% de PCM, e um

outro, com 15 mm de espessura incorporando 20% de PCM; em que o material de mudança

de fase utilizado apresentava uma gama de temperaturas de transição entre os 24-27 ˚C.


27

Como conclusões temos que, o revestimento de 6 mm apresentou uma temperatura interior

máxima, na célula com PCM, de cerca de 4 ˚C mais baixa, sendo esta atingida com um

desfasamento de 1 hora mais tarde. Com utilização de estores interiores, as diferenças

registadas foram de apenas 2 ˚C. Foi também possível verificar que durante um período de

três semanas, apenas se registaram temperaturas superiores a 28 ˚C durante cerca de 5 horas

na célula com PCM, em detrimento das cerca de 50 horas na célula de referência (Schossig et.

al, 2005).

Figura 14 - Comparação dos resultados de temperaturas obtidas para uma solução com e sem

incorporação de PCM (Schossig et al., 2005)

2.5 Tintas como Material de Revestimento

Estes tipos de revestimentos são utilizados como revestimentos de acabamento com o objetivo

de proporcionar às paredes um aspeto agradável e conforto visual, constituindo assim um dos

materiais mais utilizados na construção civil.

As tintas são compostas por duas fases: extrato seco e um veículo volátil. Cada uma destas

fases é composta por diferentes componentes, que interagem física e quimicamente entre si,

conferindo à tinta as propriedades necessárias para um bom desempenho (Marques, 2013).

A parte sólida das tintas são as resinas, os pigmentos e os aditivos, o veículo volátil é o

componente líquido formado por solventes e diluentes que se evaporam durante a secagem e

cura (Marques, 2013).


28

Todas as tintas depois de aplicadas podem formar uma película dura e impenetrável, uma

película porosa e dura ou então uma mistura das duas. Através destas combinações é possível

criar tintas com determinadas características (Marques, 2013).

Existem vários tipos de tintas que podem ser usadas em revestimentos. Existem tintas com

elevado teor em sólidos, estas são evoluções das formulações tradicionais, possuem

formulações líquidas semelhantes às tradicionais mas as resinas utilizadas são modificadas

para produzir uma tinta com elevada concentração de sólidos e baixo teor em compostos

orgânicos voláteis (Marques, 2013).

As tintas em pó foram usadas na década de 1950 para pintar canalizações por forma a

prevenir a corrosão e para isolamento de partes elétricas de motores. Os constituintes do pó

são idênticos à tinta molhada com resinas, pigmentos e aditivos, mas falta um solvente. O pó

utilizado é geralmente vinil ou epóxi e mais focado na funcionalidade do que nas qualidades

decorativas (Marques, 2013).

Por fim, as tintas curadas pela luz UV requerem radiação eletromagnética para iniciar

reticulação da resina. Podem ser 100% líquidos reativos, eliminando a utilização de solventes

e, ao reduzir o desperdício de tinta, conseguem atingir perto de 100% de eficiência. A sua

utilização é direcionada para vários materiais, incluindo madeira, plástico, papel e metal e

podem ser aplicadas usando os métodos tradicionais de pulverização, embora o rolo de

pintura seja usado frequentemente (Marques, 2013).

A diversidade de produtos de pintura existentes no mercado, com distintas aplicações e com

variadas características, permite obter produtos adaptáveis a cada situação. Quando se

pretende especificar um determinado produto de pintura recorre-se usualmente a um dos tipos

de classificação usuais que têm em consideração: a natureza do solvente, a natureza do ligante

ou o fim a que se destinam (Marques, 2013).


29

CAPÍTULO III – MATERIAIS E MÉTODOS

3.1 Materiais utilizados

3.1.1 Material de Mudança de Fase

O PCM para incorporação na tinta é fornecido pela empresa Microtek, com nome comercial

para este produto de MPCM 24; o tamanho médio das partículas de 18.3μm, apresentando

uma entalpia de 127.3 J/g e uma temperatura de transformação de fase de cerca de 23.3ºC. A

Figura 15 ilustra o aspeto deste material.

Figura 15 - Material de mudança de fase utilizado

3.1.2 Tinta

A tinta utilizada no decorrer da investigação é da marca SOTINCO produto EDIPLÁS (figura

16). Esta tinta é aquosa de cor branca com boa aplicabilidade e opacidade, é utilizada na

pintura de superfícies interiores e exteriores quando o pretendido é um acabamento rápido e

económico. O seu tempo de secagem (a 20ºC e 60ºC de humidade relativa) é cerca de 30

minutos na pintura superficial e cerca de 4 horas da repintura. Este produto contém no

máximo 1 g/L COV (compostos orgânicos voláteis), sendo o valor limite da União Europeia

para este produto (cat. A/a) de 30 g/L. O rendimento é variável conforme o tipo e estado do

suporte, bem como das condições e tipo de aplicação. O valor orientativo é de 9 a 12 m2/L,

por demão.


30

Esta tinta contém aditivos contra fungos e bolores, para a proteção da película seca, mas nos

lugares fortemente propícios ao seu desenvolvimento deve acrescentar-se até 5% de aditivo

anti fungos. (CIN, 2004)

Figura 16 – Tinta utilizada (CIN, 2004)

Foi escolhida tinta branca porque uma tinta com cor poderia implicar outros estudos que não

são objetivo desta dissertação, como a influência dos materiais de mudança de fase na cor da

tinta. A tinta é aquosa para que não haja a possibilidade de ocorrência de reações entre os

PCM’s e os componentes de uma tinta que não tenha como base água (elemento neutro).

3.1.3 Gesso Cartonado

As placas de gesso cartonado utilizadas para construção do modelo físico e nos provetes

ensaiados são as normalmente utilizadas no ramo da construção civil da GYPTEC IBERICA,

com 13mm de espessura, compostas por papel em ambas as faces e gesso no interior,

denominadas por BA13A com marcação CE. Cada placa tem como dimensões

2000x1200mm. A Figura 17 ilustra as placas de gesso cartonado utilizadas.


31

Figura 17 - Placa de gesso cartonado utilizada

3.1.4 Cimento

Para a produção do pavimento necessário para a construção do modelo de testes um dos

materiais utilizados foi o cimento, material ligante. Foi utilizado o cimento Portland de

calcário, produzido pela Secil, que se encontra representado na Figura 18, sendo este o

cimento mais utilizado para betão pronto ou fabricado em obra de média a elevada resistência,

betão pré-esforçado a idades correntes, betões projetados, betões leves e betões de

regularização, pré-fabricação pesada com rotatividade normal ou pré-fabricação ligeira de

grande rotatividade e reforço e reparação de betão estrutural. Este é designado como CEM

II/A-L Classe 42,5R e a sua composição é de 80% a 94% de clínquer Porteland, 6% a 20% de

calcário e 0% a 5% de outros componentes. (Secil, 2004)

Figura 18 - Cimento Portland (Secil, n.d.)


32

Como principais características, este cimento possui uma cor cinzenta, menor calor de

hidratação e melhor trabalhabilidade quando comparado com um cimento CEM I da mesma

classe de resistência. Tem um desenvolvimento rápido de resistências (resistência inicial

elevada) e resistências finais dentro dos valores da classe indicada aos 28 dias de idade (Secil,

2004).

No quadro 4 que se segue pode observar-se as características mecânicas associadas a este

cimento.

Quadro 4 - Características mecânicas do cimento CEM II/A-L Classe 42,5R (Secil, 2004)

Resistência à compressão (MPa)

Resistência aos primeiros dias Resistência de referência

NP EN 196-1 2 Dias 7 Dias 28 Dias

≥ 20 - ≥ 42,5 e ≤ 62,5

3.1.5 Água

A quantidade de água necessária para a realização de amassaduras tem um papel bastante

importante na qualidade destas, pois a relação entre água ligante irá influenciar as

características mecânicas da argamassa efetuada. A água utilizada deve ser isenta de

impurezas em quantidades que possam prejudicar as propriedades da argamassa.

A água utilizada na amassadura do pavimento executado foi recolhida no Laboratório de

Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho.

Esta provem da rede de águas públicas que abastece a cidade de Guimarães.

3.1.6 Areia

Numa argamassa o único agregado é a areia e alguma alteração na sua qualidade provoca

efeitos consideráveis na argamassa final, que pode afetar os resultados desejados. A qualidade

depende de alguns fatores como, tamanho médio e forma das partículas, sua distribuição

granulométrica e presença de impurezas. Na argamassa a areia tem como intuito reduzir a

retração e melhorar a resistência à compressão (Paiva, 2005).


33

A areia adicionada à amassadura estava acondicionada no Laboratório de Materiais de

Construção Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho e é areia natural do

rio e tem uma dimensão de cerca de 0/4mm.

3.2 Métodos de ensaio utilizados

3.2.1 Ensaios mecânicos

Por forma a caracterizar o pavimento efetuado para o modelo de testes que será descrito no

capítulo seguinte (Capitulo 4) foram efetuados três provetes para serem submetidos a ensaios

mecânicos, nomeadamente resistência à flexão e resistência à compressão.

Os ensaios de resistência à flexão, foram executados numa prensa eletromecânica. Os

procedimentos utilizados foram os indicados na norma EN 1015-11 (1999) (Martins, 2012).

A resistência à flexão foi determinada do seguinte modo:

1. Marcam-se os provetes com 3cm de cada lado e ao meio 8cm, de forma a que as

superfícies que transmitem a carga estabeleçam contacto com as faces de moldagem;

2. Posicionam-se os provetes na prensa para o ensaio à flexão, aplica-se a carga até levar

à rotura;

3. Regista-se o valor máximo da força, para a qual o provete atingiu a rotura. A força

dada é determinada pelo software da prensa eletromecânica;

4. O procedimento é repetido para os restantes provetes. Antes de cada utilização

verificar sempre se a prensa está limpa, para não haver alterações de resultados;

5. No final do ensaio de flexão, guardam-se os provetes para iniciar o ensaio de

compressão.

Os ensaios de resistência à compressão foram realizados seguinte a norma EN 1015-11 (1999)

tal como os ensaios à flexão (Martins, 2012).

O procedimento de ensaio é descrito do segundo modo:

1. No final do ensaio de flexão, inicia-se o ensaio de compressão.

2. Os provetes a serem estudados são as duas metades de cada provete que restaram do

ensaio de flexão;


34

3. Coloca-se o suporte do ensaio de compressão na prensa eletromecânica;

4. Posiciona-se o provete no centro do dispositivo de modo a que a força a ser exercida

seja assegurada pela área de contacto das faces de moldagem;

5. Aplica-se a carga no provete até o levar à rotura;

6. É registado o valor da força máxima para o qual o provete atinge a rotura de

compressão. A força dada é determinada pelo software da prensa eletromecânica;

7. O procedimento é repetido para os restantes provetes. Antes de cada utilização

verificou-se sempre se a prensa estava limpa, para não haver alterações de resultados.

3.2.2 Ensaios de viscosidade

O ensaio efetuado neste trabalho que possibilitou a verificação da viscosidade das diferentes

misturas de tinta e PCM’s foi através do viscosímetro rotacional de “Brookfield” (Figura 19).

Este ensaio consiste em fazer rodar um objeto cilíndrico (spindle) dentro de uma amostra de

tinta e medir progressivamente a força exercida entre a parede deste e a tinta (Torres, 2014).

Para este ensaio foi utilizada uma norma interna do Laboratório de Vias de Comunicação do

Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho.

Figura 19 - Viscosimetro de “Brookfield”


35

3.2.3 Alambeta

De forma a conseguir-se efetuar uma melhor análise das propriedades térmicas das placas de

gesso cartonado revestidas com tinta, foram efetuadas quatro placas de gesso cartonado, três

delas revestidas com as três misturas de tinta estudadas e a quarta com tinta sem qualquer tipo

de adição. Essas placas foram submetidas a ensaios efetuados na alambeta.

Este equipamento avalia, as propriedades térmicas estacionárias (como a resistência e a

condutividade) e as propriedades dinâmicas (como a absortividade térmica e a difusividade

térmica). Consiste num bloco metálico com a temperatura constante de 32ºC que difere da

temperatura da amostra que se encontra a 20ºC. Quando a medida se inicia, a cabeça de

medida baixa e toca a superfície plana da amostra a medir que se situa na base do aparelho,

sob a cabeça de medição. Neste momento, a temperatura da superfície da amostra muda

bruscamente e o aparelho regista a evolução do fluxo de calor. Simultaneamente, é medida a

espessura da amostra.

Neste equipamento são avaliados as seguintes propriedades:

λ (10-3) – Condutividade térmica (propriedade estacionária ou dinâmica – W/mºK):

Exprime a quantidade de calor que fluí pelo material, por unidade de comprimentos.

a (10-6) – difusão térmica (m2/s). Descreve a velocidade de propagação da temperatura

(calor) no material: impulso térmico.

b – absortividade térmica (propr. transitória – Ws1/2 /mºK): Representa o fluxo

instantâneo que ocorre quando dois corpos semi-finitos, com diferentes temperaturas,

entram em contacto físico. Está, diretamente, relacionada com a sensação inicial de

contacto inicial, pois corresponderá a uma superfície mais fria). A absortividade

térmica exprime as propriedades térmicas dos tecidos em contacto, estando

relacionado com parâmetros da estrutura e composição dos tecidos, não abrangendo as

condições de medição.

R (10-3) – resistência térmica (prop. estacionária – m2 ºK/W): Exprime a resistência

oferecida por um dado material ao fluxo de calor: razão entre a espessura e a

condutividade térmica.

h (mm) – espessura do material.


36


37

CAPÍTULO IV – ANÁLISE DE RESULTADOS

Os ensaios realizados para a presente dissertação foram realizados no Laboratório de Materiais de

Construção e no Laboratório de Vias de Comunicação da Universidade do Minho. As

componentes necessárias à realização dos ensaios e execução de todos os trabalhos necessários

foram disponibilizadas.

Os ensaios realizados no decorrer da execução desta dissertação serviram de base à verificação da

capacidade térmica do material de mudança de fase quando adicionado a uma tinta de

revestimento, sendo que foram efetuadas três composições diferentes em que a variável a

percentagem de PCM incorporado na tinta. Os principais ensaios efetuados foram ensaios de

viscosidade da tinta e ensaios térmicos.

4.1 Planeamento dos ensaios

Sendo o objetivo desta dissertação de mestrado analisar a influência dos PCM’s no controlo

da temperatura interior através da incorporação de PCM’s nas tintas de revestimento interior,

preconizaram-se vários ensaios a amostras de tinta efetuadas. Assim, as amostras foram

submetidas a ensaios de viscosidade através do viscosímetro de Brookflied, analisou-se o

tempo de cura e o rendimento da tinta com a adição de materiais de mudança de fase,

observou-se ao microscópio as amostras de tinta, submeteram-se placas de gesso cartonado

revestidas com as amostras de tinta a ensaios térmicos na alambeta e por fim efetuaram-se

modelos de testes para serem monitorizados com termopares.

Para os ensaios, foram efetuadas três amostras com 120g de tinta branca aquosa, 18ml de água

que equivale a uma percentagem, em peso, de 15%, e 12g, 24g ou 36g de PCM consoante a

percentagem de PCM incorporado,10%, 20% ou 30%. A mistura foi efetuada através de uma

misturadora mecânica, onde num recipiente foi adicionada a tinta com a água que permaneceu

cerca de um minuto com a misturadora ligada, após esse tempo foram adicionados os PCM’s. Não

houve qualquer controlo da dispersão dos PCM’s na tinta pelo que, a verificação da

homogeneidade da mistura foi efetuada visualmente.


38

4.2 Viscosímetro de Brookfield

Um dos ensaios efetuados no decorrer da execução desta dissertação foi a viscosidade da tinta

utilizada (viscosímetro representado na Figura 20). O interesse em medir este fator passa pelo

facto de que poderá haver alterações na viscosidade da tinta pois, para efetuar as diferentes

amostras necessárias, foi adicionado à tinta materiais de mudança de fase e água. Ao

adicionar estes dois componentes é de prever que a viscosidade se altere em comparação com

a tinta no seu estado de aquisição.

Com cada amostra foram executados três ensaios em que a variável foi o tempo de cura e local

onde este foi efetuado. O primeiro teste foi realizado logo após a mistura ter sido efetuada,

identificado no gráfico como a curva 10%PCM1T, 20%PCM1T e 30%PCM1T para,

respetivamente, 10%, 20% e 30% de material de mudança de fase adicionado à tinta. A restante

tinta foi guardada em frascos diferentes para cada composição para que fosse possível efetuar os

restantes ensaios. Assim sendo, o segundo ensaio foi realizado uma hora após a mistura ter sido

feita (10%PCM2T, 20%PCM2Te 30%PCM2T). O terceiro ensaio tem a particularidade de ao

mesmo tempo que se retirou a tinta do recipiente para o segundo ensaio, retirou-se também para o

terceiro, sendo que a tinta esteve 20 min exposta ao ar antes de ser testada (10%PCM2T_20min,

20%PCM2T_20min e 30%PCM2T_20min).

Figura 20 - Viscosímetro durante o ensaio

De modo a poder retirar-se algumas conclusões adicionais foram realizados mais dois ensaios

sobre tinta utilizada diluída em 15% de água (identificada como Tinta Diluída) e tinta no estado

normal (identificada como Tinta).


39

Encontram-se apresentados os gráficos que demonstram os resultados retirados do

viscosímetro após terem sido efetuados os ensaios às várias amostras nas Figuras 21 a 23.

Figura 21 - Comparação entre tinta, tinta diluída e tinta com as diferentes % de PCM’s com

as misturas testadas de imediato após preparação


as misturas testadas 1h após preparação

0

2000

4000

6000

8000

10000

0

60

12

0

18

0

24

0

30

0

36

0

42

0

48

0

54

0

60

0

66

0

72

0

78

0

84

0

90

0

96

0

10

20

10

80

11

40

12

00

12

60

13

20

13

80

14

40

15

00

15

60

16

20

16

80

17

40

18

00

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)

Tinta Tinta_Diluida 10%PCM1T 20%PCM1T 30%PCM1T

0

2000

4000

6000

8000

10000

0

60

12

0

18

0

24

0

30

0

36

0

42

0

48

0

54

0

60

0

66

0

72

0

78

0

84

0

90

0

96

0

1 0

20

1 0

80

1 1

40

1 2

00

1 2

60

1 3

20

1 3

80

1 4

40

1 5

00

1 5

60

1 6

20

1 6

80

1 7

40

1 8

00

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)

Tinta Tinta_Diluida 10%PCM2T 20%PCM2T 30%PCM2T


40


as misturas testadas 1h após preparação estando 20min exposta ao ar ambiente

Note-se que, na Figura 23 o eixo dos xx não inicia em zero pois o ensaio começa 20minutos

após o segundo ensaio já ter iniciado.

Efetuou-se, também, uma análise aos valores médios de cada curva e uma análise ao

comportamento da viscosidade com o passar do tempo para a mesma percentagem de PCM

adicionado à tinta, para assim poder perceber se a viscosidade aumenta ou diminui consoante

o tempo de ensaio decorre. As Figuras 24 à 27 representam os gráficos efetuados para essa

mesma análise.

0

2000

4000

6000

8000

10000

1 2

00

1 2

60

1 3

20

1 3

80

1 4

40

1 5

00

1 5

60

1 6

20

1 6

80

1 7

40

1 8

00

1 8

60

1 9

20

1 9

80

2 0

40

2 1

00

2 1

60

2 2

20

2 2

80

2 3

40

2 4

00

VIS

CO

SID

AD

E(M

PA

/S)

TEMPO (S)

Tinta Tinta_Diluida 10%PCM2T_20min 20%PCM2T_20min 30%PCM2T_20min


41

Figura 24 - Análise dos valores médios da viscosidade das diferentes composições

Figura 25 - Viscosidade da tinta com adição de 10% de PCM’s ao longo do tempo


8604,60

1775,60 2819,513209,28

3627,71

8604,60

1775,602957,70

3312,99

3880,53

8604,60

1775,60

3140,783753,12

4409,47

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00

Tinta Tinta Diluida 10%PCM2T_20min 20%PCM2T_20min 30%PCM2T_20min

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)

Valores Médios da Viscosidade (imediato)

Valores Médios da Viscosidade (1h após mistura)

Valores Médios da Viscosidade (1h após mistura + 20min exposto)

2500

3000

3500

4000

0

90

18

0

27

0

36

0

45

0

54

0

63

0

72

0

81

0

90

0

99

0

10

80

11

70

12

60

13

50

14

40

15

30

16

20

17

10

18

00

18

90

19

80

20

70

21

60

22

50

23

40

24

30

25

20

26

10

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)

10% PCM_Imediato 10% PCM_1h após mistura 10%_1h após mistura e 20min exposto

2500

3500

4500

5500

0

90

18

0

27

0

36

0

45

0

54

0

63

0

72

0

81

0

90

0

99

0

10

80

11

70

12

60

13

50

14

40

15

30

16

20

17

10

18

00

18

90

19

80

20

70

21

60

22

50

23

40

24

30

25

20

26

10

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)



42


Da análise da primeira figura apresentada pode dizer-se que a viscosidade tende a aumentar

consoante aumenta a percentagem de PCM adicionados à tinta, ou seja, a composição com

viscosidade mais baixa é a com 10%PCM, seguida da de 20%PCM e a composição com

viscosidade mais alta é a de 30%PCM, sendo que, qualquer uma das amostras apresenta

viscosidade mais baixa do que a da tinta visto que nas amostras existe também a adição de

água.

Podemos também concluir que os valores da viscosidade aumentam consoante a altura em que

o ensaio é efetuado, assim, o ensaio feito logo após a execução das composições apresenta

valores mais baixo do que os valores apresentados pelo ensaio realizado uma hora após a

mistura ter sido executada. Mesmo assim, a tinta que esteve 20minutos exposta ao ar livre é a

que demostra valores mais altos dos três ensaios efetuados, isto deve-se à cura da tinta

enquanto esta se encontra exposta ao ar livre até ser testada no viscosímetro e à possível

evaporação de água com o decorrer do tempo.

O aumento de viscosidade da tinta com adição de 10% de PCM na amostra ensaiada 1hora

após efetuar mistura é cerca de 4,7% quando comparada com a amostra testada logo após ser

efetuada a mistura. O facto de a amostra, permanecer 20 minutos exposta ao ar exterior 1 hora

após ter sido efetuada, implica um aumento de viscosidade de cerca de 10,2% quando

comparada com a amostra testada logo após a mistura ter sido feita.

2500300035004000450050005500600065007000

0

90

18

0

27

0

36

0

45

0

54

0

63

0

72

0

81

0

90

0

99

0

10

80

11

70

12

60

13

50

14

40

15

30

16

20

17

10

18

00

18

90

19

80

20

70

21

60

22

50

23

40

24

30

25

20

26

10

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)



43

No caso da adição de 20% de PCM na amostra ensaiada 1hora após efetuar mistura a

viscosidade aumenta cerca de 3,1% quando comparada com a amostra testada logo após ser




Por fim, a adição de 30% de PCM na amostra ensaiada 1hora após efetuar mistura demostra

um aumento de viscosidade de 6,5% quando comparada com a amostra testada logo após ser




De forma a efetuar uma análise mais simples das alterações da viscosidade entre as várias

misturas e vários tempos de cura durante o processo de ensaio, efetuaram-se gráficos de

barras em que o valor da viscosidade que é apresentado nas figuras corresponde aos 2400s,

tempo onde a viscosidade tende a estabilizar (Figura 28 à 30).

Figura 28 - Viscosidade aos 2400s da tinta com adição de 10%PCM

8663,00

1725,002763,00 2813,00 2987,00

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00

Viscosidade aos 2400s

VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)

Tinta Tinta Diluida 10%PCM1T 10%PCM2T 10%PCM2T_20min


44



Como era de prever, a tinta no seu estado normal, sem qualquer adição, possui maior

viscosidade, decaindo bastante quando à tinta é adicionada 15% de água. Pode também

8663,00

1725,00

3100,00 3088,00 3487,00

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00


VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)


8663,00

1725,00

3537,00 3625,00 4088,00

0,00

1000,00

2000,00

3000,00

4000,00

5000,00

6000,00

7000,00

8000,00

9000,00

10000,00


VIS

CO

SID

AD

E (M

PA

/S)

TEMPO (S)



45

concluir-se que a tinta apresenta maior viscosidade 1 hora após ter sido efetuada a mistura,

aumentando mais um pouco quando essa tinta é exposta ao ar exterior 20 minutos antes de ser

ensaiada devido à ocorrência ao início do processo de cura da tinta. Como já foi dito a tinta

com 30% de PCM é a que possui maior viscosidade.

Por fim, estabeleceu-se uma correlação entre a viscosidade e a percentagem de PCM’s

presentes na tinta Figura 31 à 33 e também uma correlação entre viscosidade e as diferentes

alturas do ensaio Figura 34.

Figura 31 - Correlação entre viscosidade e percentagem de PCM's no ensaio efetuado

imediatamente após efetuada a amostra de tinta

1775,60

2819,513209,28

3627,71R² = 0,9359

1700,00

2200,00

2700,00

3200,00

3700,00

4200,00

0%PCM15%AGUA

10%PCM15%AGUA

20%PCM15%AGUA

30%PCM15%AGUA

Vis

cosi

dad

e (

MP

a)

Percentagem de água e PCM's presentes na tinta

Valores médios da viscosidade(imediato)

Linear (Valores médios daviscosidade (imediato))


46


após efetuada a amostra de tinta


após efetuada a amostra de tinta tendo estado esta 20 minutos exposta ao ar

1775,60

2957,70

3312,99

3880,53R² = 0,9375

1700,00

2200,00

2700,00

3200,00

3700,00

4200,00

0%PCM15%AGUA

10%PCM15%AGUA

20%PCM15%AGUA

30%PCM15%AGUA

Vis

cosi

dad

e (

MP

a)


Valores médios viscosidade (1hapos)

Linear (Valores médiosviscosidade (1h apos))

1775,60

3140,78

3753,12

4409,47R² = 0,9584

1700,00

2200,00

2700,00

3200,00

3700,00

4200,00

4700,00

0%PCM15%AGUA

10%PCM15%AGUA

20%PCM15%AGUA

30%PCM15%AGUA

Vis

cosi

dad

e (

MP

a)


Valores médios viscosidade (1hapos + 20min)

Linear (Valores médiosviscosidade (1h apos + 20min))


47

Figura 34 - Correlação entre viscosidade e altura do ensaio

Como se pode verificar nas Figuras 31 à 33 a correlação entre a viscosidade e a percentagem

de PCM’s incorporados na tinta é positiva e a viscosidade aumenta drasticamente se

comprarmos essa propriedade na tinta diluída em 15% de água com a tinta com 15% de água

e qualquer uma das três percentagens de PCM’s adicionadas, daqui conclui-se que os

materiais de mudança de fase influenciam a viscosidade da amostra aumentando-a.

Da análise da figura 34 é possível constatar que nas amostras com 20% e 30% de PCM

adicionados à tinta o aumento da viscosidade não é linear, no caso da adição de 20% de PCM

o valor da viscosidade para o ensaio feito 1 hora após efetuar a amostra aumentou cerca de

3% comparando com o ensaio feito imediatamente após preparação da mistura, já a variação

de valores de viscosidade entre o ensaio feito 1 hora após preparação da mistura e o ensaio

feito 1 hora após preparação da mistura com mais 20 minutos de exposição ao ar exterior foi

de cerca de mais 12%.

Na amostra com 30% de PCM adicionados o aumento da viscosidade entre o ensaio 1 hora

após efetuar a amostra é de cerca de 7% comparando com o ensaio feito imediatamente após

preparação da mistura e a variação de valores de viscosidade entre o ensaio feito 1 hora após

preparação da mistura e o ensaio feito 1 hora após preparação da mistura com mais 20

minutos de exposição ao ar exterior foi de cerca de mais 12%.

2819,512957,70

3140,783209,28

3312,99

3753,12

3627,71

3880,53

4409,47

R² = 0,9935

R² = 0,8869

R² = 0,9601

2700,00

2900,00

3100,00

3300,00

3500,00

3700,00

3900,00

4100,00

4300,00

4500,00

Imediato 1h após 1h após + 20min expostoao ar exterior

Vis

ocs

idad

e (

MP

a)

Altura do ensaio

10%

20%

30%

Linear (10%)

Linear (20%)

Linear (30%)


48

Isto não se verifica na amostra com incorporação de 10% PCM, o aumento da viscosidade

entre o ensaio 1 hora após efetuar a amostra é de cerca de 5% comparando com o ensaio feito

imediatamente após preparação da mistura e a variação de valores de viscosidade entre o

ensaio feito 1 hora após preparação da mistura e o ensaio feito 1 hora após preparação da

mistura com mais 20 minutos de exposição ao ar exterior foi de cerca de mais 6%, isto origina

que a linha seja mais linear em comparação com os gráficos de 20% e 30%.

Por fim, se os valores das correlações entre percentagens de PCM adicionados forem

analisadas, é possível verificar que estas não aumentam progressivamente consoante o

aumento da percentagem de PCM. O valor da correlação da adição de 20% PCM é mais baixo

do que os restantes (10% e 30%), isto deve-se à pequena variação de viscosidade entre a

amostra testada imediatamente após execução da mistura e a amostra testada 1hora após ter

sido efetuada a mistura. O valor da correlação da amostra com 10% de PCM é mais alto

comparativamente com a amostra com 30% de PCM devido a ao valor da viscosidade na

amostra com 10% de PCM aumentar quase na mesma proporção entre ensaios, o que não se

verifica na amostra com 30% de PCM adicionados.

4.3 Tempo de cura

Foi igualmente realizado um teste visual do tempo de cura da tinta. Esse teste baseou-se em

cobrir um vidro de relógio (Figura 35) com uma fina camada de tinta com PCM e verificar o

seu tempo de cura. A tinta foi observada a olho nu até que esta estivesse completamente seca

no vidro do relógio. Deste teste concluiu-se que o tempo de cura da tinta com PCM é

semelhante ao tempo de cura da tinta sem PCM, pois a tinta com adição de 10% PCM

demorou cerca de 30 minutos a curar, a tinta com 20% PCM teve um tempo de cura de cerca

de 26 minutos e a tinta com 30% PCM teve um tempo de cura de cerca de 30min. Segundo a

ficha de informação técnica da tinta usada (SOTINCO) o tempo de cura desta tinta na

primeira de mão é de 30min.

Com isto, pode dizer-se que a percentagem de materiais de mudança de fase e água

adicionados à tinta não tem qualquer influência no seu tempo de cura, visto que este ronda os

30 minutos em qualquer das amostras, valor igual ao referido na ficha técnica da tinta

utilizada.


49

Figura 35 - Tinta com adição de PCM no vidro de relógio

4.4 Rendimento

Como já foi dito anteriormente, a tinta utilizada é da SOTINCO e o seu valor orientativo para

o rendimento é de 9 a 12 m2/l, por demão. No entanto, com a adição de água e PCM o

rendimento não será o mesmo, por isso, foram efetuados ensaios para que assim se

conseguisse achar o valor aproximado do rendimento das várias misturas.

Foram cortadas quatro placas de gesso cartonado com 50x40cm. Escolheu-se o gesso

cartonado para que o rendimento fosse calculado no mesmo material com que são efetuados

os modelos de teste para que o suporte não seja um fator variável que possa influenciar o

valor que se pretende encontrar.

Cada uma das placas foi dividida em quadrados de 10x10cm para que fosse mais fácil de

calcular qual a área pintada por cada mistura. O teste consistiu em efetuar uma porção de tinta

e verificar que área se conseguiria cobrir com essa porção.

As misturas efetuadas tiveram as mesmas quantidades utilizadas para os testes no

viscosímetro, ou seja, três composições com 120g de tinta branca aquosa, 18ml de água que

equivale a uma percentagem de 15%, e 12g, 24g ou 36g de PCM consoante a percentagem de

PCM incorporado,10%, 20% ou 30%. Para além destas três composições foi também efetuada

uma só com 120g de tinta e 18ml de água para que assim se pudesse verificar a influência que

os PCM’s poderiam ter.


50

Cada mistura só era preparada imediatamente antes de ser utilizada no referido teste para que

o processo de cura não influenciasse os valores. Para cada placa foram utilizadas 10g do

preparado, e obteve-se os seguintes valores:

Tinta com adição de 18ml de água: 600cm2

Tinta com adição de 18ml de água e 12g de PCM (10%): 700cm2



Como se pode verificar, o rendimento não tem grandes alterações com a adição de água e

PCM’s, pois para além de a percentagem de materiais de mudança de fase aumentar em cada

amostra a quantidade de tinta e de água mantem-se a mesma originando a que viscosidade da

tinta aumente mas não influência o seu rendimento. O rendimento das amostras situa-se

sempre por volta dos 600cm2 e 700cm2, pelo que pode afirmar-se que o rendimento médio

para as quatro diferentes misturas é de 650cm2.

Na Figura 36 pode ver-se as quatro placas pintadas com as diferentes misturas de tinta.

Figura 36 - Placas pintadas para calcular calor do rendimento

4.5 Análise ao microscópio

Na mesma altura em que se efetuou os ensaios no viscosímetro foram pintados com uma fina

camada três vidro de relógio com as três tintas de composição diferente, tendo em conta as

diferentes percentagens de PCM’s estudadas. Após a tinta ter secado por completo foram

analisadas pequenas partículas de cada mistura ao microscópio ótico presente do


51

Departamento de Polímeros da Universidade do Minho para que se tentasse visualizar os

PCM incorporados com a tinta.

As partículas foram raspadas do vidro do relógio com o auxílio de uma espátula para a lâmina

onde foi adicionado Bálsamo do Canadá, substância resinosa que possibilita uma melhor

visibilidade à luz do microscópio (Figura 37 à 39). As imagens seguintes demostram as

fotografias tiradas pelo microscópio, onde foi utilizada a lente 3.3x na parte superior e a 4.0x

na parte inferior.

Figura 37 - Fotografia ao microscópio de tinta com 10% PCM’s


52



Nestas amostras podemos observar que no meio das manchas mais escuras (tinta) encontram-

se pequenas partículas mais claras (indicadas com a seta a vermelho), que serão identificadas

como PCM’s, ou seja, podemos afirmar que os PCM’s se misturam bastante bem e estão

envolvidos com a tinta, o que origina uma mistura homogénea.


53

Para além destas análises foram também vistos ao microscópio os PCM’s utilizados no seu

estado de aquisição para que fosse mais fácil identifica-los nas partículas de tinta (Figura 40).

Na imagem 29 são mostrados os PCM’s ao microscópio ótico à escala 20m onde foi

utilizada a lente 3.3x na parte superior e a 4.0x na parte inferior.

Figura 40 - Microcápsulas de PCM ao microscópio ótico

4.6 Modelo de testes

Para poder avaliar de forma mais objetiva o comportamento da mistura de tinta com

incorporação de PCM, foram construídos quatro modelos com 0,50x0,50x0,50m (medidas

interiores) que foram, posteriormente, deixados à temperatura exterior durante cerca de uma

semana monitorizados por termopares. Cada caixa foi revestida interiormente com tinta com

adição das três diferentes percentagens de PCM à exceção de uma caixa, cujo o interior foi

pintado com tinta sem adição de PCM, funcionando como elemento comparativo de

referência.

O modelo é constituído por quatro placas de gesso cartonado com 0,50x0,50m que fazem as

laterais (paredes) e duas placas de 0,60x0,60m que fazem a parte inferior (pavimento) e a

parte superior (teto). As várias partes, excluindo o teto, foram coladas com espuma de

poliuretano para que não houvesse fugas ou entradas de ar. Após a espuma ter secado, nas

juntas foi colocada fita-cola de alumínio. O teto é amovível para que facilite a colocação dos


54

termopares para os ensaios térmicos e para que o interior seja mais tarde pintado. O exterior

foi pintado com duas demão de tinta normal da SOTINCO, a mesma tinta que foi utilizada

nas misturas. De forma a aproximar o modelo da realidade, foi realizado, na parte inferior da

caixa, um pavimento em argamassa com cerca de 0,20m de altura. A Figura 41 que se segue

são fotografias tiradas durante a construção ao modelo anteriormente descrito.

Figura 41 - (1) Montagem das laterais e base inferior do modelo com espuma de poliuretano;

(2) Colocação de fita-cola de alumínio na parte exterior; (3) Colocação de fita-cola de

alumínio na parte interior

4.5.1 Ensaios mecânicos

Para a preparação da argamassa que foi utilizada no pavimento do modelo, o primeiro passo

foi pesar todos os constituintes das argamassas para que tudo estivesse devidamente

preparado para quando se iniciasse a amassadura.

No fabrico da argamassa foi utilizada uma balança eletrónica para pesar os materiais

necessários e uma misturadora mecânica.

No fabrico da argamassa coloca-se a areia, a água e o cimento no balde da misturadora e liga-

se 30 segundos na velocidade 1. Após estes 30 segundos, pára-se a misturadora e aumenta-se

a velocidade para a posição 2 durante 2 minutos. Por fim, a amassadura fica mais 30 segundos

na velocidade 3, acabando assim o processo.

Desta amassadura é retirada a quantidade necessária para efetuar três provetes para serem

testados após 28 dias de cura. Os provetes são preparados através do enchimento de moldes

em aço de dimensões 40x40x160 mm3 previamente untados com material lubrificante de

forma a facilitar a sua posterior descofragem. Após o enchimento de cerca de metade dos


55

moldes estes são compactados com um peso de 5kg em 25 pancadas, enche-se o restante e

faz-se o mesmo processo.

No caso de estudo argamassa foi utilizada com uma relação água ligante de 0,58, assim as

quantidades utilizadas dos constituintes foram, 8789,06g de areia, 2929,69g de cimento e

1715,4g de água. Os três provetes estão ilustrados na Figura 42.

Figura 42 - Provetes para caracterização do betão

Na Figura 32 está ilustrado um dos provetes durante o ensaio à flexão.

Figura 43 - Provete submetido ao ensaio à flexão

A Figura 43 apresenta os resultados obtidos no ensaio à flexão.


56

Figura 44 - Resultados obtidos nos ensaios à flexão

Na Figura 35 mostra-se um dos provetes durante o ensaio à compressão.

Figura 45 - Provete submetido ao ensaio de compressão

A Figura 46 mostra os resultados obtidos nos ensaios à compressão.

6,11 5,805,14

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

A B C

Res

istê

nci

a F

lexão

(M

Pa)

Provete


57

Figura 46 - Ensaios à compressão

Neste ensaio não existente nenhuma análise aprofundada a ser feita visto que os valores dos

ensaios mecânicos são meramente indicativos pois o pavimento será apenas para tornar o

modelo o mais parecido com a realidade possível, ou seja, é um material acessório ao estudo.

4.7 Ensaios térmicos: Alambeta

Para analisar a capacidade térmica da tinta com as diferentes percentagens de PCM, foram

revestidas quatro placas de gesso cartonado com dimensões 15x15cm onde foi aplicada tinta

sem qualquer adição e tinta com 10%, 20% e 30% de PCM. Para este ensaio foi utilizada o

equipamento Alambeta que se encontra demostrada na Figura 47.

Figura 47 - Alambeta

22,7821,33 21,47

0

5

10

15

20

25

A B C

Res

istê

cia

Co

mp

ress

ão (

N/m

m2

)

Provete


58

Para cada uma das placas foram realizados cinco ensaios para que houvessem valores

suficientes para, após efetuar uma média dos valores, se conseguisse chegar a um valor final

com o menor erro possível. É importante serem executados vários ensaios para cada um dos

materiais, e em várias partes do mesmo, por forma a obter valores mais credíveis.

O Quadro 5 apresenta os valores médios retirados do equipamento referentes aos cinco

ensaios realizados a cada placa.

Quadro 5 - Valores médios retirados da Alambeta

Amostra E (W/mk) a (m2/s) b (ws1/2/mk) r (m2°k/W) h (mm) p q

10% PCM 35 1,90E-01 4,90E-07 273 6,75E-02 12,8 4,92 0,865

20% PCM 35 1,95E-01 4,94E-07 279 6,59E-02 12,8 5,22 0,961

30% PCM 35 1,80E-01 5,98E-07 213 7,11E-02 12,8 5,52 0,925

0% PCM 35 1,94E-01 4,71E-07 285 6,58E-02 12,8 6,18 1,184

Como, para esta dissertação, o que se pretende analisar com este ensaio é a capacidade

térmica da tinta com adição de material de mudança de fase, de seguida são apenas

apresentados os gráficos correspondentes aos valores de condutibilidade térmica (Figura 48),

identificado com o símbolo e de resistência térmica (Figura 49), identificado com a letra r.

Figura 48 - Condutibilidade térmica das placas ensaiadas

Como podemos ver pelo gráfico apresentado a placa revestida com tinta com adição de 30%

de PCM é a que apresenta menor valor de condutibilidade térmica o que significa que a

quantidade de calor que atravessa a placa é menor do que nas outras três placas, concluindo-se

assim, que tem melhores propriedades térmicas pois tem maior sucesso no que toca a impedir

trocas de calor do exterior para o interior e vice-versa.

1,70E-01

1,75E-01

1,80E-01

1,85E-01

1,90E-01

1,95E-01

2,00E-01

0% 10% 20% 30%

(W

/m°k

)

Percentagem de PCM presente na tinta (%)

l (W/m°k)


59

Figura 49 - Resistência térmica das placas

Através do gráfico da resistência térmica em cima representado podemos verificar que a tinta

com adição de 30% de PCM é a que possui maior valor de resistência térmica, o que significa

que o calor tem maior dificuldade em atravessar o material.

Foram efetuados gráficos de correlação tanto da condutibilidade térmica, Figura 50, como da

resistência térmica, Figura 51, para assim poder retirar-se melhores conclusões.

Figura 50 – Correlação da condutibilidade térmica das diferentes % de PCM

6,20E-02

6,40E-02

6,60E-02

6,80E-02

7,00E-02

7,20E-02

0% 10% 20% 30%

r (m

2°k

/W)


r (m2°k/W)

1,94E-01

1,90E-01

1,95E-01

1,80E-01

R² = 0,5275

1,80E-01

1,82E-01

1,84E-01

1,86E-01

1,88E-01

1,90E-01

1,92E-01

1,94E-01

1,96E-01

1,98E-01

0% 10% 20% 30%

(W

/m°k

)


l (W/m°k)

Linear (l(W/m°k))


60

Figura 51 - Correlação da resistência térmica das diferentes % de PCM

Com estas Figuras (48 a 51) podemos concluir que a tinta com adição de 30% será a escolha

mais acertada quando o objetivo é minimizar as trocas de calor entre o meio interior e

exterior, já que é com esta percentagem de material de mudança de fase que se obtém valor

mais favoráveis tanto de resistência como de condutibilidade térmica.

Como se pode verificar pelas Figuras 50 e 51 a adição de 20% de PCM obteve valores, tanto

de condutibilidade térmica como de resistência térmica, muito próximos dos valores

registados na placa revestida com tinta com 10% de PCMs, ou seja, a percentagem de PCM

incorporados na tinta não é proporcional à condutibilidade e resistência térmica o que

significa que uma maior percentagem de PCM não implica uma condutibilidade e resistência

térmica melhor.

4.8 Ensaios térmicos com termopares

Tal como foi dito anteriormente foram efetuados quatro modelos para serem testados

termicamente. Três das caixas foram pintadas interiormente com a tinta com a adição das

diferentes percentagens de PCM. Para que fosse utilizada sempre a mesma quantidade de tinta

em todas as caixas foram feitos alguns cálculos para apurar os valores necessários à

preparação correta das tintas. Sabendo que o rendimento médio das misturas é de 650cm2 e

que cada face das caixas tem 2500cm2 bastou efetuar uma regra de três simples para se retirar

o valor necessário de tinta para cada face sendo que, 10g de tinta têm um rendimento de

650cm2, serão necessárias x g de tinta para 2500cm2.

6,58E-02

6,75E-02

6,59E-02

7,11E-02

R² = 0,5474

6,50E-02

6,60E-02

6,70E-02

6,80E-02

6,90E-02

7,00E-02

7,10E-02

7,20E-02

0% 10% 20% 30%

r (m

2°k

/W)


r (m2°k/W)

Linear (r(m2°k/W))


61

𝑄𝑢𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑛𝑡𝑎

𝑓𝑎𝑐𝑒 =

2500 × 10

650 = 38,46 𝑔/𝑓𝑎𝑐𝑒 (1)

(1) Regra de três simples para calcular a tinta necessária para cada face

Se cada modelo contém cinco faces a serem pintadas a quantidade total de tinta para cada um

será 192,31g/demão. Foi definido que cada caixa seria revestida com 2demãos para que assim

se pudesse obter uma boa cobertura, assim sendo será necessário para cada caixa 384,62g.

Posto isto, calculou-se as quantidades certas de cada material para cada uma das misturas

através das quantidades utilizadas nas preparações para os ensaios no viscosímetro e o peso de

cada material na mistura (Quadro 6).

Quadro 6 - Cálculo do peso de cada material nas misturas

Mistura Peso total (g) Tinta (%) Água (%) PCM (%)

Tinta com 10% PCM 150 80 12 8

Tinta com 20% PCM 162 74 11 15

Tinta com 30% PCM 174 69 10 21

Após ter sido efetuado o cálculo das percentagens correspondentes a cada material chegou-se

ao valor final, em peso, de cada material para assim se conseguir fazer a tinta correta para

cada modelo. Apenas se multiplicou a percentagem correspondente de cada material pela tinta

necessária por demão (Quadro 7).

Quadro 7 - Cálculo das quantidades necessárias de cada material

Mistura Tinta (g) Água (g) PCM (g)

Tinta com 10% PCM 153,85 23,08 15,38

Tinta com 20% PCM 1142,31 21,15 28,85

Tinta com 30% PCM 132,69 19,23 40,39

No fim de todas as misturas terem sido preparadas e todas as caixas terem sido revestidas e já

se encontrarem secas iniciou-se a sua monitorização com os termopares.


62

O ensaio consiste em colocar os modelos alinhados no exterior para que os valores da

temperatura sejam os da temperatura ambiente exterior. Estes foram colocados num corredor

exterior por detrás do Laboratório de Materiais de Construção da Universidade do Minho,

houve a necessidade de criar um abrigo em plástico para que a chuva não estragasse nem o

gesso cartonado que constrói os modelos nem cabos que ficam no exterior das caixas.

Os termopares utilizados foram colocados estrategicamente conforme o pretendido neste

trabalho, sendo que foram utilizados nove termopares. Para cada caixa foram necessários dois

termopares que foram colocados numa das faces da caixa, um no interior (foi efetuado um

furo na face que após a colocação do termopar foi fechado para evitar fugas ou entradas de

calor) e um no mesmo local mas no lado exterior da caixa. O termopar que sobra foi colocado

a retirar valores da temperatura ambiente nas proximidades dos modelos. Nas figuras

seguintes (52 à 54) pode verificar-se a disposição dos modelos no local de ensaio.

Figura 52 - Vista do lado esquerdo


63

Figura 53 - Vista interior

Figura 54 - Vista do lado direito

Os termopares utilizados para monitorizar as caixas foram fornecidos pelo Grupo Fibrenamics

da Universidade do Minho e consistem em cabos elétricos ligados a um aparelho que passa a

informação para um computador que contenha um programa adequado à leitura da

informação. O programa utilizado foi executado pelo técnico responsável pelo Laboratório de

Vias, especificamente para a leitura dos valores da temperatura de cada termopar. A Figura 55

que se segue diz respeito ao equipamento que transmite a informação para o computador

utilizado.


64

Figura 55 - Equipamento de transmissão de dados e computador

Após os modelos terem sido monitorizados por cerca de uma semana (5 dias) os dados foram

retirados, analisados e obteve-se os resultados apresentados no Quadro 8 e os gráficos

representados nas Figuras 56 à 60. Note-se que foram analisados os dados médios da

tempuratura do primeiro, terceiro e quinto dia.

Quadro 8 - Cálculo da média das temperaturas

D

i

a

Média Temperatura

0% T.

Interior

0% T.

Exterior

10% T.

Interior

10% T.

Exterior

20% T.

Interior

20% T.

Exterior

30% T.

Interior

30% T.

Exterior

Ambi

ente

1 15,39 15,98 15,67 15,83 18,52 15,63 19,40 19,31 16,44

3 14,44 15,94 15,98 15,93 20,27 15,85 20,83 20,31 16,06

5 12,11 12,31 13,01 12,66 18,88 12,60 18,45 17,57 12,00


65

Figura 56 - Temperaturas médias para o modelo com tinta com 0% PCM


16,44 16,06

12,00

15,39

14,44

12,11

15,98 15,94

12,31

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

16,50

17,00

1 3 5

Tem

pe

ratu

ra (C

)

Dia

Ambiente

0% T. Interior

0% T. Exterior

16,44 16,06

12,00

15,6715,98

13,01

15,83 15,93

12,66

12,00

12,50

13,00

13,50

14,00

14,50

15,00

15,50

16,00

16,50

17,00

1 3 5

Tem

pe

ratu

ra (C

)

Dia

Ambiente

10% T. Interior

10% T. Exterior


66



16,4416,06

12,00

18,52

20,27

18,88

15,63 15,85

12,60

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

1 3 5

Tem

pe

ratu

ra (C

)

Dia

Ambiente

20% T. Interior

20% T. Exterior

16,4416,06

12,00

19,40

20,83

18,4519,31

20,31

17,57

12,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

1 3 5

Tem

pe

ratu

ra (C

)

Dia

Ambiente

30% T. Interior

30% T. Exterior


67

Figura 60 - Comparação de temperaturas médias interiores

Para que a variação de temperatura seja mais facilmente analisada, foi efetuada uma análise

dessa variação ao longo de um dia para cada uma das caixas, assim nas Figuras 61 e 62,

encontram-se descritas as curvas de variação de temperatura interior e exterior de cada caixa

em comparação com a variação de temperatura ambiente.

Figura 61 - Variação da temperatura interior ao longo de 1 dia

19,40

20,83

18,4518,5220,27 18,88

15,67 15,98

13,01

15,3914,44

12,1112,00

13,00

14,00

15,00

16,00

17,00

18,00

19,00

20,00

21,00

22,00

1 3 5

Tem

pe

ratu

ra (C

)

Dia

30% T. Interior

20% T. Interior

10% T. Interior

0% T. Interior

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

0

33

1

65

8

98

6

13

13

16

40

19

70

23

01

26

32

29

59

32

85

36

13

39

45

42

74

46

01

49

27

52

56

55

84

59

08

62

37

65

65

68

92

72

21

75

48

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

Tempo (s)

T.Ambiente

0%Interior

10%Interior

20%Interior

30%Interior


68

Figura 62 - Variação da temperatura exterior ao longo de 1 dia

De forma a ser mais simples e correto retirar conclusões sobre os resultados obtidos foram,

para cada cenário, calculadas as diferenças de temperatura entre a temperatura ambiente com

a exterior e interior. De seguida são evidenciados os resultados no Quadro 9, para mais fácil

compreensão, sendo que, os valores em que a diferença de temperatura se apresenta com valor

negativo significa que a temperatura ambiente era superior à interior ou exterior (na face da

caixa) dependendo da localização do termopar, os valores em que a diferença de temperatura

se apresenta com valor positivo significa que a temperatura ambiente era inferior à interior ou

exterior dependendo da localização do termopar.

Quadro 9 - Variações de temperatura

Dia C 0%PCM 10%PCM 20%PCM 30%PCM

1º e -0,46 -0,61 -0,80 2,87

i -1,05 -0,77 2,09 2,96

3º e -0,12 -0,14 -0,21 4,25

i -1,62 -0,09 4,21 4,77

5º e 0,31 0,66 0,60 4,25

i 0,11 1,00 6,88 6,45

Comparando, genericamente, os valores das temperaturas interiores das caixas com PCM com

os valores da temperatura interior da caixa sem PCM verificamos que os materiais de

mudança de fase influenciam positivamente no controlo de temperatura, ou seja, atuam de

forma a que a temperatura interior seja mais amena em relação à exterior. Isto deve-se ao fato

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

03

31

65

89

86

13

13

16

40

19

70

23

01

26

32

29

59

32

85

36

13

39

45

42

74

46

01

49

27

52

56

55

84

59

08

62

37

65

65

68

92

72

21

75

48

Tem

pe

ratu

ra (

ºC)

Tempo (s)

T.Ambiente

0%Exterior

10%Exterior

20%Exterior

30%Exterior


69

de que os PCM retêm a temperatura através da mudança de fase como já foi explicado no

estado de arte da presente dissertação.

Através dos valores apresentados no quadro 8, pode verificar-se que a tinta com a adição de

30% PCM’s é a que obtém melhores valores de temperatura, ou seja, a diferença de

temperaturas interior/exterior com a ambiente é positiva o que significa que a temperatura na

caixa é superior à ambiente. Pode dizer-se também que a percentagem de PCM incorporado

na tinta influencia linearmente as temperaturas interiores pois os valores da variação de

temperatura na caixa com 0% e 10% de PCM são na sua maioria negativos, na caixa com

20% de PCM ainda se verifica a existência de valores de temperatura ambiente mais alta do

que temperatura interior embora seja menos ocorrente que nas duas anteriores, coisa que não

acontece na caixa com 30% de PCM.

Através da análise da Figura 61 que demonstra as variações de temperatura interior ao longo

de um dia verificamos que, logo no início existe um pico de temperatura ambiente em que a

caixa revestida com tinta com 10% PCM acompanha esse pico, a caixa revestida com tinta

com 10% de PCM mantem a temperatura estável e nas caixas revestidas com 20% e 30% de

PCM a temperatura tem um pico contrário, uma possível explicação para o sucedido poderá

ser a hora a que este fenómeno aconteceu, visto que o ensaio iniciou perto das 12h o pico de

temperatura deve ter acontecido perto das 13h, ou seja, o sol estaria posicionado diretamente

para as caixas aquecendo o meio.

Nas restantes horas, a temperatura interior das caixas revestidas com a tinta com adição de

30% e 20% de PCM é superior à temperatura ambiente enquanto a temperatura interior das

caixas revestidas com a tinta com adição de 0% e 10% de PCM se encontra mais baixa do que

a temperatura ambiente. O facto das caixas revestidas com a tinta com 10% e 0% de PCM se

encontrar mais baixa do que a temperatura ambiente pode dever-se ao posicionamento do

termopar que media a temperatura ambiente e o posicionamento das caixas, visto que, o

termopar de registo da temperatura ambiente se encontrava mais protegido das correntes de ar

do que as duas caixas em questão.

Analisando a Figura 62 que demonstra as variações da temperatura exterior ao longo de um

dia é possível conferir que, como na temperatura interior, existe um pico de temperatura logo

no inicio das medições onde a caixa revestida com tinta com adição de 30% de PCM

apresenta um pico contrário e as três restantes caixas acompanham o pico da temperatura


70

ambiente embora com uma curva mais suave e a explicação para este fenómeno será a

mesma, a posição do sol.

No tempo decorrido durante o resto do dia a temperatura exterior da caixa com 30% PCM é

bastante superior comparativamente à temperatura ambiente e às restantes caixas com 0%,

10% e 20% de PCM que se mantêm similares. Mais uma vez, estes resultados demonstram a

possível influência da posição das caixas durante o ensaio.

Como conclusão, é possível afirmar que os PCMs ajudam a que as oscilações das

temperaturas interiores sejam mais suaves do que as oscilações da temperatura ambiente

através do visionamento do gráfico anteriormente apresentado (Figura 54), pois a curva da

temperatura ambiente apresenta-se com mais picos, embora muito curtos, do que as restantes.


71

CAPÍTULO V – CONCLUSÃO E TRABALHOS FUTUROS

O objetivo principal desta dissertação passou por estudar o desenvolvimento de materiais

termicamente ativos a partir da utilização de materiais de mudança de fase incorporados em

tinta para revestimento de paredes exteriores, normalmente usada na construção civil. Com

essa tinta foram pintadas placas de gesso cartonado que foram submetidas a vários testes de

forma a averiguar qual a melhor percentagem de adição de PCM, 10%, 20% ou 30%.

No que diz respeito aos ensaios efetuados no viscosímetro como era de esperar a viscosidade

tende a estabilizar no decorrer do tempo. Foi possível verificar que a percentagem de PCM’s

adicionada à tinta influência na sua viscosidade, ou seja, a tinta com maior viscosidade é

aquela a que foi adicionado 30% de material de mudança de fase, seguindo-se a tinta com

adição de 20% de PCM’s e por fim a tinta com a presença de 10% de PCM’s. É também

evidente nos resultados que o tempo de cura e possível evaporação de água provocam

alterações na viscosidade da tinta já que a tinta que foi testada logo após ter sido efetuada a

mistura apresenta os valores mais baixo de viscosidade em qualquer das percentagens de

PCM’s comparativamente aos ensaios feitos uma hora após terem sido feitas as misturas.

Mesmo assim, os ensaios feitos com a tinta que foi guardada durante uma hora após mistura e

exposta durante vinte minutos ao ar livre é a que apresenta maiores valores de viscosidade em

qualquer das amostras.

Uma característica que foi também verificada foi o tempo de cura e constatou-se que este não

é significativamente afetado pela adição ou não de PCM’s, pelo que o valor do tempo de cura

é cerca de trinta minutos tanto para qualquer uma das amostras incluindo tinta com 0% de

PCM.

Outra variável que não apresenta grandes variações entre as várias amostras de tinta é o

rendimento. Após os testes efetuados para verificação da influência das adições de água e

PCM’s na tinta foi possível constatar que o rendimento médio das amostras testadas é de

650cm2, não havendo grande discrepância entre os vários valores obtidos.


72

Para que fosse mais simples chegar a alguma conclusão sobre as propriedades térmicas dos

PCM’s utilizados foram feitas quatro placas de gesso cartonado com 15x15cm onde, em três

delas, foi aplicada tinta com 10%, 20% e 30% e a restante não sofreu qualquer processo de

pintura ficando no seu estado de aquisição.

Como foi dito anteriormente as quatro placas foram submetidas a ensaios na Alambeta e

destes ensaios duas propriedades analisadas foram a condutibilidade térmica e a resistência

térmica apresentadas por cada uma das placas sujeitas ao ensaio. Em termos de conclusões,

foi possível verificar que a placa que apresentou pior valor de condutibilidade térmica foi a

pintada com tinta com 20% de PCM, seguida da placa sem qualquer pintura. O segundo

melhor valor de condutibilidade térmica foi registado na placa com tinta com 10% de PCM e

a placa que obteve melhores resultados foi a pintada com tinta com 30% de PCM.

No caso da resistência térmica a placa pintada com tinta com 30% de PCM foi a que

apresentou resultados mais satisfatórios, seguida da placa pintada com tinta com adição de

10% PCM. A placa que não foi pintada apresentou valores de resistência térmica mais baixos,

no entanto a placa pintada com tinta com adição de 20% de PCM’s não apresentou valores

muito mais altos do que esta, sendo uma das que apresenta pior resistência térmica.

Pode afirmar-se que a percentagem de PCM’s adicionados à tinta não é proporcional à

condutibilidade e resistência térmica o que significa que uma maior percentagem de PCM não

implica uma condutibilidade e resistência térmica melhor.

Por fim, no ensaio efetuado no exterior com os modelos, 50x50x50cm, em gesso cartonado

pintados, monitorizados por termopares foi possível apurar que, como era esperado, a adição

de materiais de mudança de fase na tinta utilizada como acabamento das faces interiores das

paredes, influência positivamente o controlo da temperatura interior.

Os melhores resultados foram alcançados, como era de prever, no modelo em que foi aplicada

a tinta com adição de 30% de PCM, sendo que, a partir da utilização de 20% de PCM os

valores das diferenças de temperatura interior e exterior começam a ser, na sua maioria,

positivos o que significa que a temperatura interior é superior à existente no exterior. No

entanto os valores considerados satisfatórios recaem na utilização de 30% de PCM nas tintas

de revestimento interior. Pode dizer-se que os PCM’s ajudam a que as oscilações das

temperaturas interiores sejam mais suaves do que as oscilações da temperatura ambiente pois


73

as curvas de temperatura tendem a não possuir oscilações consoante a percentagem de PCM

adicinado.

Por fim, pode então concluir-se, que o objetivo principal desta dissertação, contribuir para que

conforto térmico e o controlo da temperatura ambiente sejam alcançados com a utilização de

materiais de mudança de fase em tintas para revestimento interior, foi alcançado com sucesso.

É de salientar que a disposição das caixas possa ter sido um fator de influência nos valores

obtidos, visto que as caixas centrais encontravam-se mais protegidas das correntes de ar.

Devido a isso, é proposto como trabalhos futuros, alternar a posição das caixas e até mesmo, o

local dos ensaios para que os valores possam ser mais fiáveis e possam ser corretamente

extrapolados em qualquer situação de incidência de luz solar, calor ou vento.

Propõem-se a variação do tipo de tinta e do tipo de material de mudança de fase utilizado,

assim como a variação da cor da tinta a fim de perceber que influências terão os vários tipos

de PCM em tintas que seja ou não aquosas e se os PCM’s alterarão a cor da tinta utilizada.

Sugere-se também que, sejam efetuados testes de abrasão para que seja possível verificar se,

com as lavagens e limpezas das paredes onde tenha aplicada tinta com materiais de mudança

de fase, os PCM são removidos.

Uma área interessante será também estudar a influência da adição do PCM em verniz para

madeiras visto que este material é bastante usado como revestimento interior.


74


75

CAPÍTULO VI – REFERÊNCIAS

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