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ABNT Associao Brasileira de Normas Tcnicas

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SET 2003 Projeto 02:135.07-001/5

Desempenho trmico de edificaes Parte 5: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo mtodo fluximtrico Origem: Projeto 02:135.07-001/5:2003 ABNT/CB-02- Comit Brasileiro de Construo Civil CE-02:135.07 - Comisso de Estudo de Desempenho Trmico nas Edificaes Thermal performance in buidings - Measurement of the thermical resistance and thermical conductivity in steady state by the fluximetric method Descriptors: Thermal performance. Buidings. Esta Norma baseada nas ISO 8301:1991 e NFX10-025:1991

Palavras-chave: Desempenho trmico. Edificaes. 7 pginas

Sumrio Prefcio Introduo 1 Objetivo e campo de aplicao 2 Referncias normativas 3 Smbolos e unidades 4 Princpio 5 Dispositivos de medio 6 Calibrao 7 Amostragem 8 Procedimento 9 Expresso dos resultados 10 Relatrio

Prefcio

A ABNT - Associao Brasileira de Normas Tcnicas - o Frum Nacional de Normalizao. As Normas Brasileiras, cujo contedo de responsabilidade dos Comits Brasileiros (ABNT/CB) e dos Organismos de Normalizao Setorial (ABNT/ONS), so elaboradas por Comisses de Estudo (CE), formadas por representantes dos setores envolvidos, delas fazendo parte: produtores, consumidores e neutros (universidades, laboratrios e outros). Os projetos de Norma Brasileira, elaborados no mbito dos ABNT/CB e ABNT/ONS, circulam para Consulta Pblica entre os associados da ABNT e demais interessados. Esta norma, sob o ttulo geral Desempenho trmico de edificaes, tem previso de conter as seguintes partes: Parte 1: Definies, smbolos e unidades; Parte 2: Mtodos de clculo da transmitncia trmica, da capacidade trmica, do atraso trmico e do fator solar de elementos e componentes de edificaes; Parte 3: Zoneamento bioclimtico brasileiro e diretrizes construtivas para habitaes unifamiliares de interesse social; Parte 4: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo princpio da placa quente protegida; Parte 5: Medio da resistncia trmica e da condutividade trmica pelo mtodo fluximtrico.

Introduo

Esta Norma descreve um mtodo de medio da condutividade trmica com o auxlio de fluxmetro(s), tendo sido elaborada em conformidade com a ISO 8301, constituindo uma verso condensada. Em particular, o usurio poder se reportar ISO 8301 para explicaes mais completas para certos itens desta Norma.

SandroText Box NBR 15220

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O processo de medio descrito nesta Norma um mtodo relativo que necessita de uma pr-calibrao em relao ao mtodo absoluto da placa quente protegida definido pela NBR 02:135.07-001/4. 1 Objetivo e campo de aplicao 1.1 Objetivo Esta Norma estabelece o mtodo de utilizao de tcnicas fluximtricas para medir a resistncia trmica em regime estacionrio atravs de corpos-de-prova na forma de placas planas, podendo-se deduzir por clculo a condutividade trmica. O resultado da medio a resistncia trmica individual do(s) corpo(s)-de-prova submetido(s) ao ensaio, sendo possvel ento calcular sua condutividade trmica, caso os corpos-de-prova sejam constitudos de material homogneo. NOTA: Trata-se de um mtodo relativo que necessita de uma pr-calibrao peridica da aparelhagem com o auxlio de corpos-de-prova cujas resistncias trmicas (ou a condutividade trmica) foram determinadas segundo o mtodo absoluto da placa quente protegida, descrito na NBR 02:135.07-001/4.

1.2 Campo de aplicao O campo de aplicao desta Norma definido pelos critrios de 1.2.1 a 1.2.3. 1.2.1 Temperatura Para materiais isolantes de edificaes, a faixa de temperatura est limitada entre -30oC e +80oC. Para aplicaes especficas, esta faixa pode ser estendida a outras temperaturas, desde que os materiais constituintes da aparelhagem o permitam e desde que a pr-calibrao seja possvel. 1.2.2 Corpos-de-prova Eles devem atender s seguintes exigncias:

a) ter dimenses e espessura como indicado em 7.3 a 7.5; b) possuir planeza e paralelismo das faces como indicado em 7.2; e c) possuir resistncia trmica, estimada maior ou igual a 0,1 (m2.K)/W, com a condio de no ultrapassar os limites

de espessura e de resistncia trmica especfica resultante das caractersticas do dispositivo, das condies, dos resultados da calibrao e das caractersticas trmicas dos corpos-de-prova.

1.2.3 Umidade O mtodo aplicvel somente se, durante toda a durao da medio, as transferncias de umidade (redistribuio e absoro) forem desprezveis. NOTAS 1 Normalmente essa condio implica em pr-condicionar os corpos-de-prova ao estado seco convencional e eventualmente proteg-los contra toda absoro de umidade posterior (antes e/ou durante a medio). 2 O estado seco convencional definido como o estado de equilbrio do material colocado em estufa ventilada a 70oC, sendo a tomada de ar feita a uma atmosfera a 20oC e 65% de umidade relativa ou 23oC e 50% de umidade relativa. 2 Referncias normativas As normas relacionadas a seguir contm disposies que, ao serem citadas neste texto, constituem prescries para esta Norma. As edies indicadas estavam em vigor no momento desta publicao. Como toda norma est sujeita a reviso, recomenda-se queles que realizam acordos com base nesta que verifiquem a convenincia de se usarem as edies mais recentes das normas citadas a seguir. A ABNT possui a informao das normas em vigor em um dado momento. Projeto 02:135.07-001/1:2003 - Desempenho trmico de edificaes - Parte 1: Definies smbolos e unidades. Projeto 02:135.07-001/4:2003 - Desempenho trmico de edificaes - Parte 4: Medio da condutividade trmica pelo princpio da placa quente protegida. 3 Smbolos e unidades Para os efeitos desta Norma, aplicam-se as definies, smbolos e abreviaturas da NBR 02:135.07-001/1 e os smbolos e unidades indicados na tabela 1. 4 Princpio Medio da resistncia trmica em regime permanente, conforme a seguinte seqncia: a) aplicao de uma densidade de fluxo de calor constante e atravs da zona central de medio de um (ou dois) fluxmetro(s) e da zona central de um (ou dois) corpo(s)-de-prova em forma de placa(s); b) determinao da densidade de fluxo de calor atravessando o(s) corpo-de-prova(s) a partir do sinal (f.e.m.) fornecido pelo(s) fluxmetro(s) e da(s) constante(s) de calibrao do(s) fluxmetro(s), aps validao das condies de regime permanente; e c) clculo da resistncia trmica do(s) corpo-de-prova(s) pelo quociente da diferena de temperatura entre as faces do(s) corpo-de-prova(s) e da densidade de fluxo de calor.

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Tabela 1 Smbolos e unidades Smbolo Termo Unidade

A rea da zona ativa m2

C Calor especfico J/(kg.K)

E Espessura do corpo-de-prova, medida perpendicularmente s

superfcies isotrmicas

M

f.e.m. Sinal fornecido pelo fluxmetro V

F Constante de calibrao do fluxmetro

W/(m2.K.V)

L Dimenso lateral m

M Massa kg

M Perda de massa kg

q Densidade de fluxo de calor W/m2

R Resistncia trmica (m2.K)/W

T Temperatura ambiente K

T Diferena de temperatura K

Q Fluxo de calor W

Condutividade trmica W/(m.K)

Densidade de massa aparente kg/m3

Massa por unidade de superfcie kg/m2

5 Dispositivos de medio 5.1 Generalidades O dispositivo fluximtrico compreende geralmente uma placa aquecedora, um ou dois fluxmetros, um ou dois corpos-de-prova e uma placa de resfriamento. NOTAS 1 Na seqncia desta Norma, para simplificar a notao, so mencionados somente dispositivos com forma geomtrica quadrada, entretanto o conjunto de exigncias e explicaes diretamente transportvel s outras geometrias (por exemplo, placas de forma circular). 2 Segundo o nmero de fluxmetros (um ou dois), nmero de corpos-de-prova (um ou dois) e seus posicionamentos respectivos, pode-se distinguir trs configuraes esquematizadas conforme indicado na figura 1.

F F

F

FCP

P

P

1

2

(a) (b ) (c)

CP

CP

CP

P P

P P

1 1

2 2

Legenda: P1 e P2 = placas quente e fria; F = fluxmetro; CP = corpo-de-prova. NOTAS 1 A configurao (a) dita assimtrica com um fluxmetro e um corpo-de-prova, sendo que o fluxmetro pode ser posicionado contra uma ou outra placa. 2 A configurao (b) dita simtrica com dois fluxmetros e um corpo-de-prova. 3 A configurao (c) dita "simtrica com um fluxmetro e dois corpos-de-prova".

Figura 1 - Trs possveis configuraes de ensaio

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5.2 Disposio de empilhamento Duas orientaes so possveis:

a) empilhamento com placas posicionadas verticalmente e com fluxo de calor horizontal; ou b) empilhamento com placas posicionadas horizontalmente e com o fluxo de calor vertical ascendente ou descendente, segundo as posies das placas quente e fria.

5.3 Placa quente e placa fria As duas placas podem ser construdas de maneira idntica, utilizando-se diversas solues tecnolgicas, como, por exemplo:

a) um circuito eltrico com densidade de potncia uniforme entre duas placas de uniformizao com condutividade trmica elevada; ou b) um circuito de lquido com temperatura controlada circulando em uma placa com condutividade trmica elevada; ou c) uma combinao dessas duas solues ou outra tcnica apropriada que fornea resultados anlogos.

A construo das placas quente e fria deve satisfazer as exigncias funcionais seguintes:

a) dimenses laterais pelo menos iguais ao dobro daquelas da zona de medio do(s) fluxmetro(s); b) dimenses laterais da superfcie isotrmica da placa fria pelo menos iguais quelas da superfcie da placa quente; e c) desvio de planeza das superfcies das placas quente e fria em contato com o fluxmetro e/ou com o corpo-de-prova inferior a 0,025% da menor das dimenses laterais ou 0,1 mm, prevalecendo o maior dos dois valores.

5.4 Fluxmetro Compreende uma zona ativa, ou zona de medio, cercada de uma zona perifrica servindo de suporte, com caractersticas trmicas similares. A parte ativa do fluxmetro constituda de um sensor que produz um sinal (em geral f.e.m) proporcional densidade de fluxo de calor que o atravessa. Para um fluxmetro dado, a lei de proporcionalidade, chamada curva de calibrao, normalmente funo da temperatura do fluxmetro. NOTA A geometria do fluxmetro deve estar de acordo com as condies a seguir:

a) as dimenses laterais do fluxmetro devem ser ao menos iguais ao dobro daquela da zona ativa e ao menos igual dimenso lateral da menor das placas (quente ou fria); b) o desvio de planeza das faces do fluxmetro deve ser inferior a 0,025% da menor das suas dimenses laterais ou 0,1 mm, prevalecendo o maior dos dois valores; c) a preciso de medio do sinal eltrico fornecido pelo fluxmetro deve ser menor do que 1% em toda a faixa de utilizao do equipamento.

5.5 Emissividade das superfcies em contato com os corpos-de-prova Deve ser pelo menos igual a 0,9. 5.6 Uniformidade das temperaturas A distribuio de temperatura das superfcies das placas fria e quente em contato com os fluxmetros e/ou corpo(s)-de-prova deve respeitar os critrios a seguir:

a) o desvio de uniformidade sobre cada uma das superfcies deve ser inferior, em amplitude, a 1% da diferena de temperatura entre as faces quente e fria do(s) corpo(s)-de-prova; b) se o fluxmetro em contato com as superfcies das placas quente e fria for sensvel s variaes locais de temperatura sobre essas superfcies, essas variaes no devem gerar um erro de medio do fluxo de calor superior a 0,5%.

5.7 Estabilidade das medidas Ao longo da medio, a estabilidade das medidas deve respeitar os critrios abaixo:

a) as flutuaes de temperatura das placas quente e fria devem ser inferiores a 0,5% da diferena de temperatura entre as faces quente e fria do(s) corpo(s)-de-prova; e b) a amplitude do(s) sinal(ais) produzido(s) pelo(s) fluxmetro(s) deve(m) ser inferior(es) a 2%.

5.8 Medio das temperaturas 5.8.1 Temperatura dos fluxmetros Caso haja dependncia da(s) constante(s) de calibrao do(s) fluxmetro(s) com a temperatura, o dispositivo adotado para medio da(s) temperatura(s) deste(s) sensor(es) deve permitir a deduo de sua(s) constante(s) de calibrao com preciso de pelo menos 1%. 5.8.2 Temperaturas das superfcies do(s) corpo(s)-de-prova A(s) diferena(s) de temperatura entre as faces do(s) corpo(s)-de-prova deve(m) ser determinada(s) com preciso de

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0,5% ou 0,1 K, prevalecendo o maior desses dois valores. O nmero de pontos de medio sobre cada uma das faces do corpo-de-prova no deve ser inferior a 10.A1/2, onde A a superfcie em metros quadrados da zona de medio, desde que se adote um mnimo de dois. 5.9 Medio dos fluxos de calor

O dispositivo adotado deve permitir a medio do(s) sinal(ais) produzido(s) pelo(s) fluxmetro(s) com preciso de 0,5% do valor medido. 5.10 Proteo contra as perturbaes devido ao ambiente As fugas trmicas perifricas do dispositivo de ensaio devem ser reduzidas por um dos seguintes mtodos: a) isolamento trmico lateral; b) controle da temperatura do ar ambiente; ou c) combinao dos dois anteriores. 6 Calibrao 6.1 Temperaturas Recomenda-se calibrar todos os sensores de medio de temperaturas na faixa de funcionamento prevista, com um nmero de pontos de calibrao suficiente para respeitar as condies indicadas em 5.8.1 e 5.8.2. 6.2 Fluxo de calor A calibrao do(s) fluxmetro(s) deve ser efetuada no prprio dispositivo, com o auxlio de corpos-de-prova de referncia que atendam a uma das seguintes condies:

a) as suas condutividades trmicas tenham sido medidas pelo mtodo da placa quente protegida conforme projeto 02:135.07-001/4 b) sejam provenientes de um lote de corpos-de-prova padro com condutividade trmica conhecida.

A calibrao deve ser efetuada num domnio no mnimo igual faixa de temperaturas de funcionamento e faixa de fluxo de calor previsto. Esta calibrao fornece a lei de proporcionalidade entre o sinal eltrico produzido (f.e.m.) e a densidade de fluxo de calor (q). 6.3 Verificaes complementares O procedimento de calibrao indicado em 6.1 e 6.2 pode ser complementado por uma anlise experimental que permita definir os limites de funcionamento do equipamento em relao temperatura, espessura e fluxo de calor, de maneira a avaliar a preciso global da medio. 6.4 Verificao posterior aps calibrao A verificao rpida do funcionamento do equipamento deve ser efetuada atravs da medio da condutividade trmica de corpos-de-prova de referncia, nas seguintes condies:

a) sistemtica e periodicamente; b) aps toda parada prolongada; c) aps toda interveno importante; ou d) em caso de resultado de medio suspeito.

6.5 Calibrao simplificada Em funo das necessidades do usurio, o procedimento de calibrao indicado em 6.1 e 6.2 pode ser simplificado, mas a utilizao posterior do equipamento deve estar, ento, estritamente limitada s condies de calibrao. 7 Amostragem 7.1 Preparao dos corpos-de-prova Nos ensaios com mais de um corpo-de-prova, conforme indicado na figura 1 configurao (c), apresentada anteriormente, os corpos-de-prova devem atender aos seguintes critrios:

a) para materiais nos quais as caractersticas trmicas variam em funo da sua densidade, as suas densidades devem ser prximas tanto quanto possvel; e b) as espessuras dos corpos-de-prova no devem diferir mais de 2% ou de 1 mm, prevalecendo o maior desses dois valores.

7.2 Estado da superfcie dos corpos-de-prova O desvio de planeza de cada uma das faces dos corpos-de-prova no deve exceder 0,5 mm ou 1% da largura, prevalecendo o maior desses dois valores. O desvio de paralelismo das faces dos corpos-de-prova no deve exceder 0,5 mm ou 1%, prevalecendo o maior desses dois valores. 7.3 Dimenses laterais Devem ser pelo menos iguais quelas da menor das superfcies quente e fria do equipamento. No caso onde esta condio no satisfeita, pode-se utilizar os corpos-de-prova com dimenses inferiores, desde que:

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a) os corpos-de-prova sejam centrados em relao zona de medio; b) a menor dimenso lateral seja ao menos igual a 1,2 vez a dimenso lateral da zona de medio; e c) a superfcie restante seja completada por um material de mesma espessura e com caractersticas trmicas prximas s do corpo-de-prova.

7.4 Espessura mnima A espessura mnima corresponde a uma resistncia trmica mnima de 0,1 m2.K/W. Na prtica pode-se admitir que, se a espessura dos corpos-de-prova for insuficiente, vrios corpos-de-prova podem ser empilhados, a fim de se obter a espessura mnima indicada; todavia, nesse caso, faz-se necessria uma avaliao de eventuais erros. 7.5 Espessura mxima definida pelos seguintes critrios:

a) a espessura do corpo-de-prova (ou soma das espessuras d1 + d2 dos dois corpos-de-prova) deve ser inferior a 0,15.L, onde L a menor dimenso lateral do corpo-de-prova; b) o sinal produzido pelo fluxmetro deve ser pelo menos igual a 20 vezes a sua resoluo de medio; e c) a diferena de temperatura deve ser conforme as disposies detalhadas em 8.3.

7.6 Condicionamento dos corpos-de-prova Previamente medio, deve-se condicionar os corpos-de-prova em estado seco convencional (definido em 1.2.3) ou em estado seco definido pela especificao particular aplicvel ao produto a medir, at obteno de massa constante. 8 Procedimento

8.1 Medio de identificao

8.1.1 Antes do condicionamento, medir a massa Mo dos corpos-de-prova com preciso de 0,2% ou 0,1 g, prevalecendo o maior desses dois valores.

8.1.2 Antes do ensaio, efetuar para cada corpo-de-prova as seguintes operaes: a) medir a massa no estado seco convencional M1 com preciso de 0,2% ou 0,1 g, prevalecendo o maior desses dois valores; b) medir a espessura mdia d e as dimenses laterais L1 e L2; c) calcular a perda de massa ao longo do condicionamento M = Mo - M1 e a perda de massa relativa M/ M1 expressa em percentagem; d) calcular a massa por unidade de superfcie = M1 / (L1 - L2); e e) se o corpo-de-prova for constitudo de um material homogneo, calcular a densidade de massa aparente = /e.

8.1.3 No caso em que as caractersticas acima puderem sofrer modificaes ao longo do ensaio, deve-se repetir as medidas aps o ensaio e avaliar a influncia das modificaes observadas sobre o resultado das medidas de resistncia trmica.

8.2 Instalao dos corpos-de-prova

Instalar os corpos-de-prova no equipamento, centrando-os em relao zona ativa de medio.

8.3 Regulagem das temperaturas de medio

Regular a temperatura da placa quente Tq e da placa fria Tf de maneira que: a) a temperatura mdia de medio Tm = (Tf + Tq)/2 seja igual temperatura mdia desejada com preciso de 0,5 K; b) o gradiente de temperatura nos corpos-de-prova esteja compreendido entre 100 K/m e 300 K/m (salvo especificao contrria).

8.4 Medies

8.4.1 A cada seqncia de medidas, anotar as seguintes grandezas: a) as temperaturas individuais Ti , permitindo definir a constante de calibrao dos fluxmetros; b) a tenso f.e.m.i fornecida por cada fluxmetro i; e c) as temperaturas individuais Tqi e Tfi das faces quente e fria de cada corpo-de-prova.

8.4.2 Calcular os seguintes parmetros:

a) a constante de calibrao fi de cada fluxmetro i e a densidade de fluxo mdio qm; b) a temperatura mdia das superfcies quente e fria de cada corpo-de-prova, respectivamente Tqm e Tfm ; c) a temperatura mdia Tm = (Tqm + Tfm)/2 de cada corpo-de-prova; e d) a diferena de temperatura Tm = (Tqm - Tfm)/2 entre as faces quente e fria de cada corpo-de-prova.

8.5 Estabelecimento do regime permanente

Para os corpos-de-prova em ensaio, calcular o tempo caracterstico = .c.e.R, onde R a resistncia trmica estimada em m2.K/W. Em intervalos de tempo no mnimo iguais a /5, medir as temperaturas das faces quente e fria dos corpos-de-prova e o fluxo de calor. O regime ser considerado como permanente se ao menos por cinco medies sucessivas as condies seguintes forem

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satisfeitas: a) no notada variao contnua crescente ou decrescente no valor da resistncia trmica calculada; e b) nenhuma medio individual do fluxo de calor difere mais que 2% da mdia do conjunto de medies consecutivas.

9 Expresso dos resultados 9.1 A partir de pelo menos cinco seqncias sucessivas de medies, obtidas conforme 8.4 e 8.5, calcular para cada corpo-de-prova:

a) a densidade de fluxo de calor mdio q; b) as temperaturas mdias Tq e Tf das placas quente e fria; c) a temperatura mdia T; e d) a diferena mdia de temperatura Tm entre as faces do(s) corpo(s)-de-prova.

9.2 Calcular a resistncia trmica R = T/q. 9.3 No caso de uma montagem em configurao do tipo c (simtrica com dois corpos-de-prova e um s fluxmetro), e quando as temperaturas das faces em contato com o fluxmetro no so medidas, a resistncia trmica R a resistncia trmica total dos corpos-de-prova e do fluxmetro. Neste caso a resistncia trmica Rf do fluxmetro deve ser deduzida da resistncia trmica R medida. 9.4 No caso de um corpo-de-prova de espessura "e" ser constitudo de um material homogneo, pode ser calculada diretamente a sua condutividade trmica = e/R. 10 Relatrio As seguintes informaes devem constar no relatrio de ensaio:

a) identificao do produto (marca comercial, se for o caso) e breve descrio das suas caractersticas; b) identificao e modo de obteno dos corpos-de-prova representativos do lote; c) caractersticas dos corpos-de-prova (espessura, dimenses laterais, massa antes e aps condicionamento, massa por unidade de superfcie e/ou densidade de massa aparente); d) procedimento de condicionamento dos corpos-de-prova antes e aps o ensaio; e) breve descrio do equipamento (configurao, modo de calibrao, caractersticas particulares); f) resultado das medies do fluxo de calor e das temperaturas das faces quente e fria de cada corpo-de-prova; g) temperatura mdia e resistncia trmica de cada corpo-de-prova, bem como, eventualmente, a condutividade trmica; h) descrio de todo elemento suscetvel de ter influenciado os resultados da medio; i) data do ensaio e data da elaborao do relatrio; j) identificao do responsvel pelo ensaio (eventualmente da pessoa diretamente encarregada do ensaio); e k) referncia a esta Norma.

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