Comportamento térmico de argamassas de gesso com incorporação de material de mudança de fase

Jhonny Almeida de Castro novembro de 2021 UMinho | 2021 Comportamento Térmico de Argamassas de Gesso com Incorporação de Material de Mudança de Fase Universidade do Minho Escola de Engenharia Jhonny Almeida de Castro Comportamento Térmico de Argamassas de Gesso com Incorporação de Material de Mudança de Fase novembro de 2021 Dissertação de Mestrado Ciclo de Estudos Integrados Conducentes ao Grau de Mestre em Engenharia Civil Trabalho efetuado sob a orientação de Professor Doutor José Luís Barroso de Aguiar Coorientadora Doutora Sandra Raquel Leite da Cunha Jhonny Almeida de Castro Comportamento Térmico de Argamassas de Gesso com Incorporação de Material de Mudança de Fase Universidade do Minho Escola de Engenharia ii DIREITOS DE AUTOR E CONDIÇÕES DE UTILIZAÇÃO DO TRABALHO POR TERCEIROS Este é um trabalho académico que pode ser utilizado por terceiros desde que respeitadas as regras e boas práticas internacionalmente aceites, no que concerne aos direitos de autor e direitos conexos. Assim, o presente trabalho pode ser utilizado nos termos previstos na licença abaixo indicada. Caso o utilizador necessite de permissão para poder fazer um uso do trabalho em condições não previstas no licenciamento indicado, deverá contactar o autor, através do Repositório da Universidade do Minho. Licença concedida aos utilizadores deste trabalho Atribuição CC BY https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/ iii AGRADECIMENTOS O sucesso é fruto de um grande trabalho de equipa, dito isto queria em primeiro lugar agradecer aos meus pais, em especial á minha mãe por me ter colocado sempre em primeiro lugar e por todos os sacrifícios que realizou para a concretização desta minha etapa. A ti Teresa por teres estado sempre ao meu lado, nos maus e nos bons momentos, só tu e eu sabemos pelas dificuldades que atravessamos. Amor e gratidão são os sentimentos que definem o que eu sinto por ti. Ao Professor Doutor José Barroso de Aguiar, por todo o seu acompanhamento e estímulo na resolução dos problemas que surgiram nesta caminhada. À admirável Doutora Sandra Cunha por todo a dedicação, tempo e ajuda para comigo ao longo destes anos. Sem ela a realização desta dissertação seria inexequível. Sinto-me um felizardo por ter tido a sorte de trabalhar com ela e de a ter tido ao meu lado nesta etapa da minha vida. Aos amigos que adquiri na academia, em especial ao Hugo, à Filipa, ao Hélder, ao Sérgio e ao Rui, sem a vossa ajuda e sem as nossas maratonas de trabalho e estudo o meu caminho até aqui teria sido muito mais difícil. Sem dúvida vocês conseguiram um lugar no meu coração, jamais irei esquecer os momentos que passamos juntos. Aos técnicos do Laboratório de Engenharia Civil, em especial ao sr. Carlos Jesus, por toda a disponibilidade demonstrada, a todo o corpo letivo do Departamento de Engenharia Civil e a todas as pessoas que contribuíram em diferentes níveis na realização deste trabalho de forma direta ou indireta. iv DECLARAÇÃO DE INTEGRIDADE Declaro ter atuado com integridade na elaboração do presente trabalho académico e confirmo que não recorri à prática de plágio nem a qualquer forma de utilização indevida ou falsificação de informações ou resultados em nenhuma das etapas conducente à sua elaboração. Mais declaro que conheço e que respeitei o Código de Conduta Ética da Universidade do Minho. v COMPORTAMENTO TÉRMICO DE ARGAMASSAS DE GESSO COM INCORPORAÇÃO DE MATERIAL DE MUDANÇA DE FASE RESUMO Sendo de longe o consumo de energia o maior responsável pela emissão de gases de efeito de estufa através do consumo de fontes de energia não renováveis, com graves impactos no meio ambiente a problemática da eficiência energética tem ganho uma posição de destaque nos últimos tempos. Dito isto, temos a necessidade urgente de diminuir a nossa dependência em fontes de energia não renováveis, reduzir a produção de gases de efeito de estufa e reduzir os custos de operação dos edifícios, tendo a climatização dos mesmos um papel fundamental neste quesito. A utilização de materiais de mudança de fase (PCM) em argamassas tem mostrado muito potencial para aumentar a eficiência energética dos edifícios devido à capacidade de absorção e libertação de energia para o meio ambiente. Tendo em vista o combate a este problema foram desenvolvidas argamassas de gesso com incorporação de diferentes teores de PCM nãoencapsulado. Este trabalho apresenta o estudo de quatro argamassas de gesso com diferentes teores de PCM não encapsulado, em função da massa do ligante utilizado: 0% (argamassa de referência), 5%, 10% e 20%. Estas quatro composições foram avaliadas através de ensaios laboratoriais para a determinação de algumas das propriedades físicas, mecânicas e térmicas mais relevantes, tais como a trabalhabilidade, absorção de água, resistência à flexão e compressão e desempenho térmico. A razão água/ligante foi mantida nas quatro composições, tendo sido necessário mudar a quantidade de superplastificante para manter a trabalhabilidade em cada uma delas, verificando-se uma redução das capacidades mecânicas e também uma diminuição da absorção de água das argamassas com o aumento do teor de PCM. Foi possível também verificar um aumento do desempenho térmico revelado pelo aumento das temperaturas mínimas, diminuição das temperaturas máximas e redução das necessidades de climatização à medida que aumenta o teor de PCM incorporado. Existiu uma redução das necessidades totais de climatização na estação amena quando comparadas com a argamassa de referência na ordem dos 30%, 59% e 67% nas composições com 5%, 10% e 20% de PCM respetivamente, de igual modo verificou-se uma redução de 22% 29 e 30% das necessidades na estação quente nessas mesmas composições. Palavras chave: Argamassas, eficiência energética, gesso, sustentabilidade, material de mudança de fase. vi THERMAL BEHAVIOR OF GYPSUM PLASTERS WITH INCORPORATION OF PHASE CHANGE MATERIAL ABSTRACT Being by far the energy consumption the largest responsible for the emission of greenhouse gases through the consumption of non-renewable energy sources, with serious impacts on the environment the problem of energy efficiency has gained a prominent position in recent times. That said, there is an urgent need to reduce our dependence on non-renewable energy sources, reduce the production of greenhouse gases and reduce the operating costs of buildings, with the air conditioning of buildings playing a key role in this regard. The use of phase change materials (PCM) in plasters has shown much potential to increase the energy efficiency of buildings due to their ability to absorb and release energy into the environment. In view of combating this problem, gypsum plasters with incorporation of different contents of non-encapsulated PCM have been developed. This paper presents the study of four gypsum plasters with different contents of non-encapsulated PCM, as a function of the mass of the binder used: 0% (reference plaster), 5%, 10% and 20%. These four compositions were evaluated through laboratory tests to determine some of the most relevant physical, mechanical and thermal properties, such as workability, water absorption, flexural and compressive strength, and thermal performance. The water/binder ratio was maintained in the four compositions, and it was necessary to change the amount of superplasticizer to maintain the workability in each one of them, verifying a reduction in the mechanical capacities and also a decrease in the water absorption of the plasters with increasing PCM content. It was also possible to verify an increase in thermal performance revealed by the increase in minimum temperatures, decrease in maximum temperatures, and reduction in air conditioning needs as the content of incorporated PCM increased. There was a reduction of the total cooling needs in the mild season when compared to the reference plaster in the order of 30%, 59% and 67% in compositions with 5%, 10% and 20% of PCM respectively, similarly there was a reduction of 22% 29 and 30% of the needs in the hot season in these same compositions. Keywords: Plasters, energy efficiency, gypsum, sustainability, phage change material. vii ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................................................ 1 1.1. Enquadramento ....................................................................................................................... 1 1.2. Objetivos .................................................................................................................................. 1 1.3. Organização e descrição dos conteúdos ................................................................................... 2 2. ESTADO DO CONHECIMENTO .................................................................................................... 4 2.1. Argamassas ............................................................................................................................. 4 2.1.1. Conceito ........................................................................................................................... 4 2.1.2. Enquadramento histórico .................................................................................................. 4 2.1.3. Classificação ..................................................................................................................... 5 2.2. Composição das argamassas ................................................................................................... 7 2.2.1. Ligantes ............................................................................................................................ 7 2.2.1.1. Gesso ............................................................................................................................ 7 2.2.2. Agregados ........................................................................................................................ 9 2.2.3. Água ............................................................................................................................... 10 2.2.4. Adjuvantes ...................................................................................................................... 10 2.2.5. Adições ........................................................................................................................... 11 2.3. Desenvolvimento sustentável na construção ........................................................................... 11 2.4. Argamassas térmicas ............................................................................................................. 13 2.5. PCM. ..................................................................................................................................... 14 2.5.1. Generalidades ................................................................................................................. 14 2.5.2. Princípio de funcionamento do PCM ................................................................................ 15 2.5.3. Classificação do PCM ...................................................................................................... 16 2.5.4. Incorporação do PCM em materiais de construção .......................................................... 20 3. MATERIAIS E MÉTODOS DE ENSAIO .......................................................................................... 35 3.1. Materiais ................................................................................................................................ 35 3.1.1. Gesso ............................................................................................................................. 35 3.1.2. Agregados ...................................................................................................................... 36 3.1.3. Superplastificante ........................................................................................................... 37 3.1.4. PCM ............................................................................................................................... 37 xiv LISTA DE TABELAS Tabela 1 - Outros critérios de classificação das argamassas, adaptado de Carasek, H [11]. ........................... 6 Tabela 2 - Classificação de alguns materiais de mudança de fase [24]. ....................................................... 18 Tabela 3 - Características principais do PCM Inertek [27]. ........................................................................... 31 Tabela 4 - Principais propriedades do PCM [53]. ......................................................................................... 39 Tabela 5 - Quantidades de cada constituinte em kg/m³. .............................................................................. 40 Tabela 6 - Instantes das medições durante as primeiras 24 horas do ensaio. .............................................. 43 Tabela 7 – Diâmetro de espalhamento........................................................................................................ 52 Tabela 8 - Classificação das argamassas segundo o coeficiente de absorção de água por capilaridade. ....... 55 Tabela 9 - Classificação das argamassas segundo a resistência à compressão. ........................................... 58 Tabela 10Necessidades de arrefecimento e aquecimento na estação quente. ............................................ 69 Tabela 11 - Necessidades de arrefecimento e aquecimento na estação amena. ........................................... 73 Tabela 12 - - Necessidades totais de climatização. ...................................................................................... 73 Capítulo 1 – Introdução 1 1. INTRODUÇÃO 1.1. Enquadramento As sociedades atualmente são totalmente dependentes de energia, sendo o consumo energético per capita um dos indicadores de desenvolvimento de um país. Atualmente, é impossível imaginar por exemplo um estilo de vida sem eletricidade ou transportes, no entanto esta dependência energética tem acarretado níveis de poluição nunca verificados, nomeadamente nos resíduos e gases com efeito de estufa (GEE) [1]. Num mundo onde se estima que 36% da energia mundial é consumida por edifícios e que estes mesmos produzem 40% do dióxido de carbono em operações relacionadas com energia, e onde as construções consomem entre 50% a 70% de todos os recursos naturais do mundo considerando todo o seu ciclo de vida, conclui-se que o setor das construções tem um papel fundamental na sustentabilidade do nosso planeta [2]. Dito isto, e com o intuito de reduzir o consumo energético, torna-se imprescindível reduzir a fatura elétrica e encontrar soluções construtivas para alcançar o conforto térmico no interior dos edifícios, limitando ao máximo o uso de equipamentos de climatização. Os materiais utilizados na construção têm um papel de destaque. As argamassas com incorporação de Materiais de Mudança de Fase (Phase Change Materials - PCM) surgem como uma solução promissora devido às suas características termorreguladoras. Estes materiais tem a capacidade de absorver ou libertar energia em forma de calor, mudando o seu estado de sólido para líquido e vice-versa em função da temperatura ambiente, contribuindo para a estabilização das temperaturas interiores e consequentemente o aumento do conforto térmico [3]. Este trabalho, visa estudar a incorporação de diferentes teores de PCM não-encapsulado em argamassas de gesso para utilizar como material de revestimento. 1.2. Objetivos Vários estudos já foram realizados comprovando que as argamassas térmicas podem ser uma boa aposta com impactos benéficos na dimensão social, económico e ambiental. A presente dissertação tem como principal objetivo estudar o comportamento térmico de argamassas de gesso com a incorporação de PCM não-encapsulado a ser utilizado em revestimentos interiores de paredes e tetos, e assim avaliar de que forma pode contribuir para o controlo da temperatura no interior dos edifícios e Capítulo 1 – Introdução 2 assim melhorar as condições de habitabilidade, sem prejuízo para o meio ambiente. Tendo em mente este propósito foram estabelecidas três argamassas de gesso com diferentes percentagens de PCM (5%,10%, e 20%) e uma argamassa de referência sem incorporação de PCM. Foram construídas quatro células de teste, com aresta de 20 cm e revestidas no interior com um cm de argamassa e introduzidas numa câmara climática onde são simuladas leis de temperatura previamente estabelecidas. Para além da caracterização térmica as quatro argamassas foram ensaiadas quanto à sua trabalhabilidade através do ensaio de espalhamento, absorção de água por capilaridade e imersão, resistência à compressão e flexão com o intuito de confirmar a viabilidade e selecionar como último passo a composição com os melhores resultados e que respeite todos os requisitos normativos. 1.3. Organização e descrição dos conteúdos A presente dissertação foi dividida em 6 capítulos, cada um deles dividido em subcapítulos, de modo a permitir uma estrutura coerente e organizada Os conteúdos abordados em cada capítulo são: • Capítulo 1 – Introdução. Este capítulo apresenta o tema em estudo e o seu respetivo enquadramento, assim como os objetivos da investigação e a estrutura do trabalho. • Capítulo 2 – Estado do Conhecimento. Neste capítulo foi realizada uma revisão bibliográfica através dos estudos realizados por outros investigadores. São apresentadas as diferentes argamassas tendo em consideração a sua resenha histórica e matérias-primas constituintes, a temática do desenvolvimento sustentável e eficiência energética, o PCM e o seu princípio de funcionamento, classificação, principais características e diferentes aplicações na construção. • Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio – Este capítulo centra-se nos materiais, diferentes composições e procedimentos experimentais que foram utilizadas na investigação para avaliação das propriedades físicas, mecânicas e térmicas das argamassas. • Capítulo 4 –Análise e Discussão de Resultados – Este capítulo apresenta os resultados obtidos através dos diversos ensaios laboratoriais realizados ao longo da investigação, assim como uma análise e discussão cuidada e fundamentada dos mesmos. Capítulo 1 – Introdução 3 • Capítulo 5 – Conclusão – Neste capítulo foram enunciadas todas as conclusões obtidas com a realização da investigação em causa, assim como possíveis desenvolvimentos futuros na área. • Capítulo 6 – Bibliografia – Neste capítulo encontram-se disponíveis todas as fontes utilizadas como fundamento da dissertação em causa. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 4 2. ESTADO DO CONHECIMENTO 2.1. Argamassas 2.1.1. Conceito Considera-se uma argamassa como a junção de um ou mais agentes ligantes (gesso, cal ou cimento), com agregados de dimensão reduzida e água. Além destes constituintes correntes, podem ser adicionados adjuvantes e/ou aditivos com o intuito de alterar as características destas tanto no estado fresco como no estado endurecido [4]. Os ligantes têm como função ligar ou aglomerar outros materiais como areias e britas, modificando a estrutura e endurecimento da pasta. Os agregados podem ser finos, médios ou grossos e são considerados o esqueleto da mistura devido á ligação dos seus grãos com o ligante. A dureza, granulometria, porosidade, forma dos grãos e presença de contaminantes nos agregados, são alguns dos fatores que afetam o comportamento das argamassas [5]. As adições e adjuvantes por sua vez são materiais que têm como finalidade modificar e/ou conferir certas propriedades às argamassas. Por último, a água tem como principal função nas argamassas garantir a capacidade aglutinante dos vários constituintes no estado fresco e conferir assim consistência na sua aplicação, sendo a razão água/ligante uma componente essencial que irá influenciar as características mecânicas e físicas da mistura [6]. 2.1.2. Enquadramento histórico A utilização de materiais para a construção de abrigos remonta às civilizações mais antigas. As argamassas eram usadas com o intuito de proteger e reforçar as construções e assim nos defender das intempéries, porém eram confecionadas de forma primitiva unicamente com materiais presentes na natureza. Os primeiros indícios de utilização destes materiais remontam há mais de 9000 mil anos, com a aplicação de argilas misturadas com água, que eram secas ao sol para a construção de alvenarias e de alguns vestígios na zona de Anatólia e da Síria de rebocos à base de gesso. Com o passar dos tempos foram-se aperfeiçoando as técnicas e procedimentos com a secagem ao sol de blocos de lama, adobes misturados com palha melhorando as suas propriedades [7]. Porém há estudos que indicam o uso de pedra calcária há mais de 10000 anos no fabrico de argamassas, pedra que após calcinada em fornos a lenha dá origem à cal viva [8]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 5 CaCO3 → CaO + CO2 Posteriormente, é adicionada pelos romanos água à cal viva, que após a evaporação do excesso desta, dá origem à cal hidratada [8]. Os romanos conseguiram ainda aumentar a durabilidade das argamassas com a junção das cinzas dos vulcões (pozolanas) antes do cozimento da cal, apresentando também aditivos e adjuvantes para além dos agregados como resinas, proteínas e cinzas nas suas composições, chegavam inclusive a misturar sangue, leite e banha para melhorar a trabalhabilidade, coesão e impermeabilização. Sabe-se também que os romanos fizeram moldes de gesso de centenas de estátuas e difundiram a utilização deste ligante a todo o império [8,9]. Vários séculos mais tarde, surge a cal hidráulica como ligante hidráulico pela mão do engenheiro inglês Jonh Smeanton (1724 -1792) [7]. Seguidamente o inglês, Joseph Aspdin regista a patente do cimento em 1825, ao qual chamou de Portland devido as similaridades de cor com a pedra presente na Ilha de Portland, com a melhoria deste ligante a cal hidráulica e a cal aérea começam a perder espaço de mercado [8,7]. Ao longo dos próximos anos, até aos dias de hoje as argamassas e constituintes continuaram a sofrer modificações e melhoria dos métodos de fabrico como por exemplo a utilização de fornos mais sofisticados para o fabrico da cal hidráulica, em que se podia atingir os 1000°C ou o fabrico de argamassas secas prontas a aplicar [8,7]. 2.1.3. Classificação As argamassas são classificadas por diversos fatores tendo por base as suas características. Um desses fatores é a sua massa volúmica, onde são categorizadas em argamassa leves, normais ou pesadas [9]. As argamassas leves ostentam uma massa volúmica inferior ou igual a 2000 kg/m³, as argamassas normais possuem uma massa volúmica maior que 2000 e menor que 2600 kg/m³ e por último as argamassas pesadas têm uma massa volúmica igual ou superior a 2600 kg/m³ [9]. As argamassas podem ser também caracterizadas com base nos valores dos ensaios de absorção de água por capilaridade, da sua resistência mecânica à compressão ou da sua condutibilidade térmica segundo a norma NP EN 998-1:2010 [10]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 6 As argamassas são classificadas em argamassas industriais, semi-acabadas e argamassas tradicionais mediante o seu local de produção. As argamassas industriais são doseadas e misturadas em fábrica sendo apresentada em pó ou em pasta pronta a utilizar, nas argamassas industriais semi-acabadas os constituintes são doseados e misturados em obra ou doseados e misturados em fábrica adicionando posteriormente outros materiais fornecidos pelo fabricante, e as argamassas tradicionais são doseadas e misturadas em obra [8,9]. Outros critérios com base nas suas características podem ser usados para classificar argamassas (Tabela 1) tais como natureza, tipo e números de ligantes, consistência e plasticidade [11]. Tabela 1 - Outros critérios de classificação das argamassas, adaptado de Carasek, H [11]. Critério de Classificação Tipos Quanto à natureza do ligante Argamassa aérea Argamassa hidráulica Quanto ao tipo de ligantes Argamassa de cal Argamassa de cimento Argamassa de cimento e cal Argamassa de gesso Argamassa de cal e gesso Quanto ao número de ligantes Argamassa simples Argamassa mista Quanto à consistência da argamassa Argamassa seca Argamassa plástica Argamassa fluída As argamassas também podem ser classificadas quanto á sua função e dividem-se em três grandes categorias, argamassas de assentamento, argamassas de revestimento e argamassas especiais: As argamassas de assentamento são as que fazem a ligação entre as pedras naturais e artificiais das construções de alvenarias. As argamassas de revestimento que como o nome indica são argamassas de cobertura com o intuito de proteger e decorar paredes, tetos ou fachadas e por último temos as argamassas especiais que usufruem de certos atributos específicos como obturação, proteção contra os raios X, isolamento acústico, etc. [4,9]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 7 2.2. Composição das argamassas 2.2.1. Ligantes Uma argamassa pode ser constituída por um ou mais ligantes, no geral estes são materiais finos e de natureza mineral como cimento, gesso e cal. Têm como finalidade aglutinar outros materiais como areias, que quando da adição de água formam uma pasta maleável que ganha presa e endurece com o tempo [7]. Os ligantes hidrófilos são ligantes que quando adicionado e misturado com a água aglomera outros materiais e formam uma pasta maleável e moldável. São constituídos por matéria fina e são utilizados sobretudo em argamassas e betões. Alguns exemplos de ligantes hidrófilos são a cal aérea, gesso, cal hidráulica e cimento. São estes ligantes que são usados normalmente no fabrico de argamassas. Existem dois tipos de ligantes hidrófilos que são os aéreos e os hidráulicos [11]: Um ligante hidrófilo aéreo é um ligante que endurece ao ar após ser misturado com água e formar uma pasta, porém a pasta endurecida que pode conter outros materiais é facilmente deteriorada quando em contacto novamente com água. Ex: cal aérea e gesso. Um ligante hidrófilo hidráulico é um ligante que quando misturado com água, endurece exposto ao ar ou submerso em água, e que após este endurecimento consegue resistir á ação da água. Ex: cal hidráulica e cimento [12]. No âmbito desta dissertação será abordado o gesso, ligante do tipo hidrófilo aéreo constituinte das diferentes argamassas objeto de estudo. 2.2.1.1. Gesso O gesso é um material largamente utilizado na construção ao longo dos tempos, por exemplo as pirâmides do Egito são constituídas por blocos de pedra assentes com argamassas de gesso [12]. O gesso é um material encontrado abundantemente na natureza, encontrando-se sob a forma de anidrite (sulfato de cálcio) - CaSO4, ou gipsite também conhecido como pedra de gesso (sulfato de cálcio di-hitratado) - CaSO4.2H2O [11,12]. A pedra de gesso é extraída nas gesseiras podendo conter impurezas como sílica, óxido de ferro, alumina, carbonatos de cálcio e magnésio. Este mineral sofre processos térmicos, designados por calcinações, quando inserido em fornos e submetido a diferentes temperaturas, dando origem a materiais com propriedades e aplicações distintas (Figura 1) [11]: Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 8 • Quando sujeitado a temperaturas entre os 130 e 160ºC, o composto perde água dando origem a um composto semi-hidratado conhecido comercialmente como gesso para estuque, gesso de Paris ou gesso calcinado - CaSO4.1/2H2O (sulfato de cálcio semi-hidratado) sendo este produto mais solúvel que o próprio gesso e bruto [11,12]. • Entre 170º e 280ºC obtém-se a anidrite CaSO4, transformando-se na presença de água em gesso de Paris CaSO4.1/2H2O. • Uma anidrite que não reage com a água é formada em temperaturas a rondar os 400º e 600ºC). • Aos 1100ºC origina-se um gesso utilizado em pavimentos com presa lenta. Esta gesso necessita de uma menor quantidade de água na amassadura que o gesso de Paris, ostentando maior resistência mecânica e dureza e menor porosidade quando comparado com este último. É possível acelerar a pressa utilizando aceleradores como sulfato de alumínio [11]. Figura 1 - Materiais obtidos após tratamento térmico da pedra de gesso [11]. Segundo estudos levados a cabo pelo LNEC (Laboratório Nacional de Engenharia Civil) o gesso de construção em Portugal apresenta um teor a rondar os 77 e 97% de CaSO4.1/2H2O (sulfato de cálcio semi-hidratado) sendo o restante anidrite (sulfato de cálcio) - CaSO4 [11]. A presa do gesso faz-se com aumento do volume, isto é, apresenta um comportamento fortemente expansivo e exotérmico, isto deriva do gesso (CaSO4.1/2H2O) com a adição de água voltar ao seu estado em bruto, pedra de gesso (CaSO4.2H2O). Este aumento de volume traz vantagens quando se trata de enchimentos de moldes. A finura dos grãos também afeta a pressa do gesso, quanto mais finos os seus grãos, maior Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 9 exposição do material à água, pelo que o tempo de presa é diminuído para uma mesma quantidade de água [11]. Os cristais formados após a presa são solúveis por isso, perante a saturação o endurecimento praticamente não acontece, para o endurecimento ocorrer a mistura deverá estar num ambiente não saturado para que parte da água absorvida se evaporar e assim aumentar a resistência. Porém na presença de água após o endurecimento este acabará por apodrecer e perder resistência [11]. Esta desvantagem é melhorada nas placas de gesso com a introdução de aditivos poliméricos ou silicones, contudo é desaconselhado a utilização de materiais de gesso no exterior dos edifícios [13]. Em termos médios o gesso apresenta um comportamento à compressão inferior ao cimento, no entanto os valores dos ensaios de tração e flexão são da mesma ordem de grandeza, consequentemente a diferença entre à resistência à compressão e tração é menos acentuada. É importante realçar que a resistência do gesso depende da água presente nos provetes quando é realizado o ensaio o que não acontece com tanta expressão no cimento Portland cujos valores dependem mais da quantidade de água presente na amassadura [11, 12]. O gesso apresenta outras boas propriedades e vantagens como bons índices de isolamento térmico e acústico e elevada resistência ao fogo pois o calor é transferido na desidratação do gesso. Possui ainda bom acabamento e é um material mais económico e mais amigo do ambiente que o cimento, o qual utiliza mais de 200 kg de carvão no fabrico de uma tonelada em comparação com o fabrico de uma tonelada de gesso [11,12]. O gesso exibe desvantagens para além de se dissolver em água, apresentando corrosão na presença de ferro e aço, por isso é aconselhado a utilização de ferramentas e utensílios sem estes materiais. Exibe também má aderência a superfícies lisas como madeira, sendo necessário neste caso adicionar gelatina ou cola forte e água e é cinco vezes mais solúvel na presença de água do mar do que em água doce [11,12]. 2.2.2. Agregados Nas argamassas de revestimento a areia é o agregado de eleição, é um material de enchimento que não reage quimicamente com os outros materiais, sendo normalmente o componente maioritário das argamassas. Estes agregados funcionam como o esqueleto na junção com o ligante [14,15]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 16 ocorre um processo endotérmico, ou seja, de absorção de calor, quando a temperatura diminui ocorre o processo exotérmico de liberação de calor ocorrendo a solidificação do PCM dentro da microcápsula [23]. Figura 3 - Princípio de funcionamento de um PCM encapsulado [19]. 2.5.3. Classificação do PCM Os materiais de mudança de fase são catalogados em três grupos distintos: orgânicos, inorgânicos e misturas eutécticas que por sua vez estes são divididos em subgrupos como mostra a Figura 4. Os compostos orgânicos são dos materiais de mudança de fase mais usados e são repartidos em parafínicos e não parafínicos, enquanto que os compostos inorgânicos são divididos em sais hidratados e metálicos. Por último temos as misturas eutécticas que não são mais que a combinação de dois ou mais materiais de natureza orgânica, inorgânica ou uma união de ambas [23]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 17 Figura 4 - Classificação dos materiais de mudança de fase [21]. Na Tabela 2 apresenta-se a classificação de alguns materiais de mudança de fase e inerentes temperaturas de fusão e entalpias de fusão, define-se como entalpia de fusão como a energia necessária para fundir o material, e é expressa em quilojoules por quilograma. PCM orgânicos Os materiais de mudança de fase podem ser orgânicos, estes por sua vez são divididos em parafínicos e nãoparafínicos, estes materiais conseguem mudar o seu estado físico vezes sem conta sem se degradar, apresentando um comportamento térmico estável a longo prazo e usufruindo de uma fusão congruente [19,24]. Estes materiais possuem longas cadeias lineares. As parafinas puras e as ceras parafínicas contêm entre 14 e 40 átomos de carbonos e 8 e 15 átomos de carbono respetivamente, sendo que quanto maior o número de átomos de carbono, maior será a temperatura de fusão do material, podendo-se misturar diferentes materiais para obtenção de determinadas temperaturas de mudança de fase. Algumas das vantagens destes materiais são [19,24]: Materiais de Mudança de Fase Orgânicos Parafinas Não-parafinas Inorgânicos Sais hidratados Sais metálicos Misturas eutécticas Orgânico-Orgânico InorgânicoInorgânico OrgânicoInorgânico Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 18 Tabela 2 - Classificação de alguns materiais de mudança de fase [24]. Material de Mudança de Fase Temperatur a de fusão (°C) Entalpia de fusão (kJ/kg) Inorgânicos LiNO3.3H2O (Nitrato de lítio trihidratado) 30 296 KF.4H2O (Flureto de potássio tetrahidratado) 18,5 231 CaCl2.6H2O (Cloreto de cálcio hexahidratado) 29 190 Na2SO4.10H2O (Sulfato de sódio decahidratado) 32 251 Zn(NO3)2.6H2O (Nitrato de zinco hexahidratado) 36,4 147 Orgânicos CH3(CH2)16COO(CH2)3CH3 (Estereato de butilo) 19 140 CH3(CH2)11OH (1-Dodecanol) 26 200 CH3(CH2)12COOC3H7 (Palmitato de propilo) 19 186 CH3(CH2)12OH (1-Tetradecanol) 38 205 Misturas Eutécticas CaCl2.6H2O / MgCl2.6H2O (Cloreto de cálcio / Cloreto de magnésio) 25 127 Ca(NO3)2.4H2O / Mg(NO3)2.6H2O (Nitrato de cálcio / Nitrato de magnésio) 30 136 Na(CH3COO).3H2O / CO(NH2)2(Acetato de sódio / Ureia) 30 200 CH3(CH2)8COOH / CH3(CH2)12COOH (Ácido cápricolaurico) 21 143 • Quimicamente inertes e estáveis abaixo de 500 °C; • Mudança de fase congruente (não altera a sua composição na passagem do estado sólido para o líquido); • Grande capacidade de armazenamento térmico; • Não corrosivo nem tóxico; • Baixa segregação; • Compatível com materiais de construção; • Seguros e confiáveis; • Pequenas variações de volume entre estados físicos. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 19 No entanto ostenta algumas desvantagens como [19,24]: • Baixa condutibilidade térmica; • As parafinas puras têm custos elevados (já as comerciais são mais acessíveis); • Elevada inflamabilidade; • Produção de fumos tóxicos quando entra em combustão; • Não são compatíveis com plásticos PCM inorgânicos Os materiais de mudança de fase inorgânicos estão divididos em sais hidratados e sais metálicos, sendo os primeiros os mais estudados no início das investigações do PCM em sistemas de armazenamento térmico. Entre as vantagens dos sais hidratados verifica-se [19,24]: • Inflamabilidade; • Elevadas entalpias de transição; • Elevada condutividade térmica quando comparadas com as parafinas; • Pequenas mudanças de volume no processo de fusão; • Económicos; • Compatibilidade com plásticos. No entanto apresentam alguns inconvenientes, sendo o maior deles o comportamento incongruente de fusão, que ocorre quando o sal não é dissolvido na água durante a sua hidratação à temperatura de fusão, verificando-se a deposição do sal no fundo do depósito, ficando indisponível para se combinar com a água no arrefecimento, este processo é agravado em cada ciclo de aquecimento e arrefecimento do material [23]. Outras desvantagens dos sais hidratados são [19,24]: • Ligeiramente tóxicos; • Baixa taxa de nucleação (podendo ser aprimorada com a adição de um agente de nucleação) provocando sobrearrefecimento. Um dos sais hidratados mais estudados no início das investigações sobre o PCM é o sal Glauber (sulfato de sódio decahidratado) - Na2SO4.10H2O, exibindo temperatura de mudança de fase entre os 32° e os 35°C e calor latente de fusão de 254 kJ/kg. É conhecido por ser o PCM de armazenamento de energia térmica mais Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 20 barato do mercado, no entanto apresenta um decréscimo de 73% de calor latente de fusão após 1000 ciclos térmicos, isto é derivado ao sobrearrefecimento e segregação de fase [23]. O cloreto de cálcio hexahidratado - CaCl2.6H2O exibe os mesmos problemas que o sulfato de sódio decahidratado, porém esta problemática foi resolvida por várias empresas através do seu encapsulamento, contudo apresenta um calor latente menor que o apresentado pelo sal no seu estado puro [23]. Os sais metálicos apresentam alguns benefícios como elevado calor de fusão e condutibilidade térmica, mas devido ao seu peso não têm sido considerados para armazenamento térmico [19]. Misturas eutécticas As misturas eutécticas, são combinações de dois ou mais compostos de natureza orgânica, inorgânica ou uma mistura de ambas, entre suas propriedades mais vantajosas destacam-se [19,21]: • Temperaturas de mudança de fase mais próximas das pretendidas, ajustando-se às necessidades; • Ostentam um elevado calor latente por unidade de massa; • Boa estabilidade química; • Mudança de fase congruente. No entanto tem como principal inconveniente o custo ser duas a três vezes superior comparativamente aos materiais de mudança de fase de origem orgânica e inorgânico [19]. 2.5.4. Incorporação do PCM em materiais de construção O conforto térmico apresentado por um edifício é um dos parâmetros básicos, mas muitas vezes menosprezado na hora de escolher um imóvel, ele é essencial para manter uma sensação térmica mais agradável tanto em épocas frias como em épocas mais quentes, apresentando uma poupança na fatura energética com a supressão ou redução do uso de aparelhos de arrefecimento e/ou aquecimento. Um dos ganhos térmicos passivos mais importantes dos edifícios são os ganhos provenientes da radiação do Sol, esta energia é absorvida pelos materiais que depois é libertada quando as temperaturas descem [23]. Dito isto, os materiais usados na construção assumem muita importância para a gestão energética dos edifícios. Os materiais de mudança de fase como meio de armazenamento térmico em edifícios começaram a ser estudados na década de 80 [23]. Estes materiais exibem capacidade de armazenamento de calor por Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 21 unidade de volume superiores a muitos materiais e usam o aquecimento provocado pelo sol durante o dia e consequente arrefecimento durante a noite para regular e diminuir as oscilações de temperatura no interior dos edifícios. Este tipo de armazenamento tem vindo a causar muito interesse da comunidade científica, ganhando notoriedade a sua aplicação em materiais de construção como forma de regular a temperatura no interior dos edifícios [19]. 2.5.4.1 Seleção de materiais de mudança de fase A escolha de materiais de mudança de fase como materiais para a criação de sistemas de armazenamento de energia, deve incidir em qualidades específicas como certas propriedades termodinâmicas, cinéticas e químicas, sem negligenciar a viabilidade económica e ambiental, dito isto, nem todos os materiais estão aptos para serem usados para absorção e retenção de energia térmica nos edifícios. Materiais com temperaturas de transições líquido-sólido e sólido-líquido em sintonia com as temperaturas de conforto do ambiente onde vão ser inseridos exibem-se como os mais adequados para aplicação em materiais de construção [24]. Também sob o ponto de vista termofísico o PCM deverá assegurar [19]: • Elevado calor de transição por unidade de volume, isto garantirá um maior armazenamento de energia com a incorporação de menores quantidades de PCM; • Elevada condutibilidade térmica em ambos os estados físicos líquido e sólido, para promover mais facilmente a translação de calor; • Elevada densidade: materiais mais densos significam menores volumes ocupados; • Variação de volume reduzida durante as transições de fase para reduzir os problemas relacionados com a sua contenção; • Fusão congruente; • Estabilidade térmica a longo prazo e consequentemente maior durabilidade; • Ausência de segregação durante as mudanças de fase. O PCM escolhido, sob o aspeto cinético deverá ter uma elevada velocidade de cristalização, e assim evitar sub-arrefecimento da fase líquida para responder e manter as suas propriedades durante e após as oscilações de temperatura [24]. Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 22 Sob o ponto de vista químico, não deverá degradar-se nem perder as suas propriedades após um grande número de ciclos, deverá ser preferencialmente não inflamável, não corrosivo nem explosivo, com níveis de toxicidade nulos ou com valores muito baixos, sendo os primeiros os mais apropriados, para no caso de fugas ou contacto com o material não haver risco para os utilizadores nem para o meio ambiente. [24]. Por último, mas não menos importante, a sua viabilidade económica e ambiental, apresentando baixos custos de adquisição com poupanças significativas para os utilizadores, facilidade de separação de outros materiais, com potencial de reciclagem e baixo impacto ambiental [21]. 2.5.4.2 Métodos de incorporação de PCM O PCM pode ser incorporado em materiais de construção através dos seguintes métodos: • Incorporação direta; • Encapsulamento; • Imersão; • Estabilização. Incorporação direta A incorporação direta é o método de incorporação de PCM mais simples e económico, e consiste na mistura do material no seu estado líquido diretamente com os materiais de construção durante a sua produção. Este sistema apresenta algumas desvantagens como incompatibilidade de materiais com o PCM, afetação dos produtos de hidratação, perda de resistência na ligação entre pasta e agregado, diminuição da durabilidade e redução das suas características mecânicas [19]. Encapsulamento O processo de encapsulamento aparece nos anos 40 e 50 através de Barret K.Green, esta técnica consistia em cobrir as partículas de PCM normalmente com produtos à base de polímeros de modo a evitar o contato dos materiais de mudança de fase com os materiais de construção, e assim reduzir as suas reações [23]. O encapsulamento do PCM para além da função de proteção do meio envolvente deve possuir superfície suficiente para transferência de calor e garantir exigências aos níveis de resistência mecânica, flexibilidade, Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 23 resistência à corrosão e estabilidade térmica. O PCM pode ser encapsulado através de duas formas: microencapsulamento e macroencapsulamento [19]. O macroencapsulamento é a forma mais comum de encapsulamento, e consiste em envolver material de mudança de fase por um outro, sendo este último normalmente tubos, painéis ou esferas de grandes dimensões com mais de 1 cm de diâmetro (Figuras 5 e 6). Esta técnica permite a introdução de grandes quantidades de PCM num único recipiente [25]. Figura 5 - Macroencapsulamento em recipientes de alumínio [26]. Figura 6 - Macroencapsulamento de PCM [27]. As principais vantagens deste método é a facilidade de transporte e manuseamento, a adaptação do encapsulamento para uma finalidade em específico, melhor compatibilidade do material e diminuição de Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 24 variações de volume externas. Entre as desvantagens destaca-se a baixa condutividade térmica, necessidade de proteção dos depósitos contra a destruição e redução das transferências de calor com a solidificação do PCM nos cantos [19]. O microencapsulamento consiste em envolver pequenas partículas ou gotículas de um determinado material de mudança de fase denominado por núcleo por uma camada de um material sólido normalmente um polímero de alto desempenho. As microcápsulas podem ter formas variáveis e com um diâmetro normalmente compreendido entre 1 e 60 µm., podendo chegar a 1cm Este método de encapsulamento apresenta uma melhoria na transferência de calor através da sua grande superfície específica [19,25]. Desta forma, o PCM microencapsulado pode ser comercializado em pó ou em dispersão aquosa, sendo catalogados em função do seu tipo de núcleo (Figura 7): mononucleares (possuem um único núcleo envolto por uma casca), polinucleares (vários núcleos no interior da casca) e matriz (núcleo distribuído de forma homogénea no interior da casca) [19]. Figura 7 -Tipos de microcápsulas: a) Microcápsula mononuclear; b) Microcápsula polinuclear e c) Microcápsula matriz [21]. Existem vários métodos de microencapsulamento e são divididos em processos químicos, físico-químicos ou mecânicos (Figura 8). O material da cápsula e o tipo de microencapsulamento assumem bastante importância, sendo fulcrais para o sucesso das intervenções. O material que constitui a cápsula e a escolha do processo de encapsulamento deve ser compatível com os materiais com os quais vai estar em contacto, sem apresentar instabilidades físicas, químicas nem mecânicas [26]. Os processos químicos consistem na formação da camada de revestimento in-situ através de procedimentos de polimerização ou policondensação. Nos físico-químicos as paredes das microcápsulas são formadas por polímeros pré-formados por processos como a remoção de solvente. Os procedimentos mecânicos contêm Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 25 vários métodos como revestimentos, spray ou deposição de fluídos, entre outros. Entre as vantagens do microencapsulamento verifica-se uma maior transferência de calor devido à sua maior superfície específica, maior estabilidade química e fiabilidade térmica com a redução das distâncias entre os materiais durante as transferências de energia e menores variações de volume entre mudanças de estado físico. Nas desvantagens salienta-se os custos mais elevados e diminuição das propriedades mecânicas dos materiais de construção [19,27,28]. Na Figura 9 é possível observar ao microscópio uma parafina microencapsulada. Figura 8 - Processos de microencapsulamento [23]. Imersão Na imersão, materiais de construção são mergulhados em PCM líquido e assim estes absorvem o PCM por capilaridade, no entanto esta técnica pode interferir no processo de hidratação dos materiais de construção com consequências para as suas propriedades mecânicas e de durabilidade [19]. Processos de Microencapsulamento Químicos -Polimerização por emulsão, dispersão e suspensão; -Policondencação interfacial por dispersão e suspensão. Físico-Químicos -Suspensão por crosslinking; -Coacervação; -Evaporação por solvente; -Extrusão. Mecânicos -Revestimentos; -Extrusão; -Spray; -Micronização; -Deposição de fluídos Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 32 A Entropy Solutions é uma empresa com sede nos Estados Unidos que produz o PCM PureTemp, este PCM tem o certificado do Departamento de Agricultura dos Estados Unidos por ser totalmente constituído por compostos biológicos. Uma das peculiaridades desta empresa é a parceria com a também americana Vesl LLC no macrocapsulamento de PCM em blocos com a denominação comercial de BlockVesl (Figura 11) e com dimensões 33x25,5x3,9 cm, os blocos contêm aproximadamente 908 ml de PCM. Esta empresa também usa cápsulas esféricas denominadas de MacroVesl (Figura 12) no macroencapsulamento de PCM com um diâmetro de 305 mm e um volume total a rondar os 7177 ml [46]. Figura 11 - Bloco BlockVesl para incorporação de PCM [46]. Figura 12 - Cápsula MacroVesl para macroencapsulamento de PCM [46]. Outra solução atraente é a incorporação do PCM em mantas como material de revestimento. A empresa Phase Change Solutions é uma empresa americana que produz vários produtos onde incorpora o seu material de mudança o qual o denominou de BioPCM. A empresa possui uma basta gama de BioPCM, alguns Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 33 com a peculiaridade de libertar e absorver calor na transição de fases entre sólido a gel e sólido a sólido. O PCM é produzido localmente e a base de plantas, com um intervalo de temperaturas de transição que vai dos -75°C até aos 175°C. Um dos produtos desta empresa é uma manta sob o nome de ENRG Blanket que é usada como material de revestimento-, o PCM é introduzido entre duas películas resistentes de alumínio e /ou polímero e é usado em tetos suspensos (Figura 13), telhados e paredes, apresentando uma capacidade de armazenamento térmico de 255 J/g, e com uma temperatura de transição variável dependendo do PCM a ser introduzido. A empresa garante uma duração do produto superior a 100 anos e uma redução de custos associados aos equipamentos de climatização entre os 25-35% [47]. Figura 13 - Exemplo de aplicação da manta ENRG Blanket em um teto suspenso [47]. A escolha da caixilharia e do tipo de vidro para os vãos envidraçados é preponderante no comportamento térmico do edifício, já que, estes componentes são responsáveis por trocas significativas de energia, dito isto, a incorporação de PCM nos envidraçados pode ser uma solução interessante para uma maior regulação da temperatura no interior A GlassX uma empresa sediada na Suíça produz envidraçados com o mesmo nome comercial com incorporação entre os dois panos de vidro de PCM de origem inorgânica. O PCM é um sal hidratado e as cápsulas são formadas por cadeias de policarbonato. A radiação solar é absorvida pelo PCM durante o dia diminuindo os ganhos solares e libertando essa energia sob a forma de calor durante noite. Realça-se que os raios solares diretos são reduzidos em 45% quando o PCM está sob a forma líquida e em 28% quando Capítulo 2 – Estado do Conhecimento 34 cristalizado. O PCM tem temperaturas de transição compreendidas entre 26 a 30 °C, uma condutibilidade e capacidade térmica de 0.48W/m². K e 4200KJ/m² respetivamente. O envidraçado tem 79 mm de espessura e com medidas variadas com o limite de altura de 280cm e largura 150 cm [27,48]. Na Figura 14 é possível observar a transição do PCM do estado líquido para o sólido e na Figura 15 a incorporação do GlassX na fachada Sul de um edifício em Zurique. Figura 14 - Envidraçado GlassX durante a transição de fase líquido-sólido [49]. Figura 15 - Incorporação do GlassX na fachada Sul de um edifício em Zurique [49]. Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 35 3. MATERIAIS E MÉTODOS DE ENSAIO Neste capítulo são abordados todos os materiais utilizados no fabrico das argamassas e os procedimentos de ensaios inerentes efetuados ao longo de todo o trabalho. Foram criadas e testadas três argamassas de gesso com incorporação de 5%,10% e 20% de PCM em função da massa do ligante, e uma quarta argamassa de referência sem incorporação de material de mudança de fase. 3.1. Materiais 3.1.1. Gesso Foi utilizado um gesso hemidridratado, mais conhecido como gesso estuque da marca SIVAL, comercializado em sacos de 30 kg (Figura 16). O gesso é para aplicação manual e é recomendado para estucar paredes e tetos de maneira tradicional. Foi fabricado segundo as especificações da norma EN 13279 – 1 2008 e apresenta uma reação ao fogo do tipo A1. Figura 16 - Gesso estuque utilizado da marca SIVAL [50]. Devido à falta de informação do fabricante foi calculada em laboratório a massa volúmica do gesso a qual deu o valor de 2508,5 kg/m³. Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 36 3.1.2. Agregados As argamassas de revestimento são constituídas maioritariamente por areias, estes agregados não reagem quimicamente com outros materiais, funcionam como material de enchimento e esqueleto na junção com o ligante. Nesta dissertação foram utilizados dois tipos de areias siliciosas para o fabrico das argamassas de gesso designadas de areia 1 e areia 2. As massas volúmicas das areias foram anteriormente determinadas em laboratório, onde as areias 1 e 2 apresentaram valores 2600 kg/m³ e 2569 kg/m³, respetivamente. Para além da massa volúmica, uma particularidade fundamental na escolha do tipo de areia é a distribuição das dimensões dos grãos das partículas, ou seja, a sua curva granulométrica. Na curva granulométrica referente à areia 1 e representada na Figura 17, podemos verificar que é uma areia constituída maioritariamente por partículas com dimensões entre 0.125 mm e 0,5 mm e com uma dimensão média de 0,310 mm [19]. Figura 17 - Curva granulométrica da areia 1 [21]. Na curva granulométrica da areia 2 exibida na Figura 18 é possível reparar que a generalidade das partículas está compreendida entre 0.125 mm e 4 mm e com uma dimensão média de 0,7 mm. Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 37 Figura 18 - Curva granulométrica da areia 2 [21]. 3.1.3. Superplastificante Foi utilizado um adjuvante superplastificante, redutor de água, de modo a não alterar a razão água/ligante de todas as composições. O superplastificante escolhido foi da empresa BASF com o nome comercial de MasterGlenium SKY 617 (Figura 19). A sua constituição tem por base cadeiais de etér policarboxílico modificado e tem uma massa volúmica de 1359,7 kg/m³. O superplastificante foi fabricado sob a norma EN 934-2:2009+A1:2012, de acordo com o Regulamento Europeu Nº 305/2011 [52}. Segundo o fabricante para além de funcionar como redutor de água, aumenta o tempo de trabalhabilidade, aumenta a resistência à compressão aos 7 e 28 dias, aumenta a impermeabilidade a agentes agressivos externos como cloretos, sulfatos e anidrido carbónico e garante maior resistência aos ciclos gelo-degelo [52]. 3.1.4. PCM Foi utilizado um PCM orgânico, do tipo parafínico não encapsulado da empresa RUBITHERM (Figura 20) sob o nome de RT 22 HC. Este PCM livre tem um custo mais reduzido quando comparado com materiais de mudança de fase encapsulados. Segundo a ficha técnica do produto disponibilizado pelo fornecedor este PCM em particular apresenta uma temperatura média de transição de 22°C e uma temperatura máxima de operação de 50 °C, adequando-se à gama de temperaturas de conforto e do clima local. O PCM é introduzido Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 38 nas argamassas no estado líquido, para tal e se necessário ele tem de ser previamente aquecido Na Tabela 4 podemos observar as características principais do PCM e na Figural 21 a entalpia apresentada pelo material em cada temperatura de operação [53]. Figura 19 - Superplastificante MasterGlenium SKY 617 Figura 20 – PCM da empresa RUBITHERM em várias formas [53] Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 39 Tabela 4 - Principais propriedades do PCM [53]. Propriedades PCM RT 22 HC Temperatura de transição 20-23°C (pico principal: 22°C) Entalpia 190 (± 7,5%) kJ/kg Densidade no estado sólido aos 20°C 760 kg/m³ Densidade no estado líquido aos 50°C 700 kg/m³ Temperatura máxima de operação 50°C Condutividade térmica (ambas fases) 0.2 W/(m.K) Figura 21 - Entalpia do PCM [53]. Como podemos verificar, a entalpia é superior na gama de temperaturas entre 19 e 23 °C. 3.1.5. Água No fabrico das argamassas, foi utilizada água potável proveniente do sistema de abastecimento público de Guimarães que fornece a Universidade do Minho. Como o PCM tem uma temperatura média de mudança de 0 10 20 30 40 50 60 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 ENTALPIA (KJ/KG) TEMPERATURA (°C) Arrefecimento Aquecimento Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 40 fase a rondar os 22°C, a água adicionada não poderia estar muito abaixo deste valor para não solidificar o PCM e assim garantir uma maior homogeneidade na mistura de todos os componentes da argamassa. 3.2. Composições Foram desenvolvidas quatro composições de argamassas de gesso, sendo três delas com incorporação do PCM parafínico como material de mudança de fase, com dosagens de 5%,10%, e 20%, e uma composição de referência com 0% de PCM. As quatro composições analisadas nesta dissertação encontram-se na Tabela 5. O ligante das argamassas é o gesso, cuja quantidade foi fixada em 600 kg/m³ assim como a razão A/L de 0,45. As quantidades em percentagem de superplastificante adicionadas para as argamassas com 0,5,10 e 20% de PCM foram de 4.5%, 3.5%, 2,5% e 1% respetivamente e em função da porção de massa do ligante previamente fixado. Tabela 5 - Quantidades de cada constituinte em kg/m³. 3.3. Métodos de ensaio Os ensaios realizados nesta dissertação foram realizados no Laboratório de Materiais de Construção do Departamento de Engenharia Civil da Universidade do Minho, e consistiram na determinação das seguintes propriedades físicas: massa volúmica, trabalhabilidade, absorção de água por capilaridade e absorção de água por imersão. A caracterização mecânica das argamassas foi feita com base nos ensaios de resistência à flexão, resistência à compressão e aderência. Por último, o comportamento térmico foi avaliado através da construção de células de teste revestidas com as argamassas e posteriormente colocadas numa câmara climática, nas quais foram simuladas diferentes leis de temperatura. Composição Gesso Areia 1 Areia 2 Superplastificante PCM Água 0% PCM 600 422,8 422,8 6 0 270 5% PCM 600 513,75 513,75 15 30 270 10% PCM 600 557,375 557,375 21 60 270 20% PCM 600 601 601 27 120 270 Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 41 3.3.1. Propriedades físicas das argamassas 3.3.1.1 Trabalhabilidade A trabalhabilidade das argamassas frescas foi avaliada em concordância com o ensaio de espalhamento da norma europeia EN 1015.3:1999 [54] Este ensaio foi realizado logo após o fabrico da argamassa e teve como objetivo garantir uma boa consistência para um bom manuseamento das argamassas e correta aplicação em obra O ensaio consistiu na colocação da argamassa fresca num molde troncónico até o seu preenchimento (Figura 22). O molde esteve centrado com a mesa de espalhamento onde numa primeira fase foi adicionada uma camada até meio do molde e aplicadas 10 pancadas para a sua compactação, de seguida preencheu-se o resto do molde, aplicando novamente 10 pancadas e retirando-se o excesso de argamassa. Após esta fase o molde foi retirado na vertical e aplicaram-se de seguida 15 pancadas a uma velocidade constante de uma pancada por segundo. Figura 22 - Molde troncónico e mesa de espalhamento para a realização do ensaio de trabalhabilidade. O valor de espalhamento foi obtido através da média da medição de dois diâmetros perpendiculares entre si. Nesta dissertação a trabalhabilidade foi manipulada unicamente pela quantidade de superplastificante Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 48 idade e com uma espessura de 1cm, neste caso utilizou-se um substrato cerâmico tradicional como material para aplicação da argamassa. O ensaio consiste na abertura de carotes na argamassa com uma broca circular com 5 cm de diâmetro e espaçados entre si a uma distância mínima de 5 cm, fixando as pastilhas metálicas aos carotes através de uma resina epoxídica. O corte permite que as tensões produzidas sejam unicamente de tração e que a área sobre a qual a força incide seja efetivamente a área em que a pastilha está colada. Por último as pastilhas são arrancadas com recurso a um equipamento devidamente nivelado que exerce a força necessária para a rotura dos provetes (Figura 26). A aderência é calculada com base na expressão 3.6: Figura 26 - Ensaio de aderência 𝑅𝑎=𝐹 𝐴 (3.6) Com: 𝑅𝑎– Aderência (MPa); Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 49 𝐹 – Carga de rotura (N); 𝐴 – Área de teste (mm²). 3.3.3. Comportamento térmico O comportamento térmico das argamassas foi avaliado com recurso á construção de células de teste revestidas no seu interior com as argamassas em estudo. Após este procedimento as células foram introduzidas numa câmara climática e sujeitas a condições de temperatura previamente selecionadas, que simularam duas estações, uma mais quente e uma mais amena. Foram construídas quatro células de teste com dimensões reduzidas de 200x200x200 mm³ usando poliestireno expandido com 3 cm de espessura. As células foram revestidas com argamassa com 1 cm de espessura no seu interior e ensaiadas aos 28 dias de idade. As paredes das caixas foram montadas e unidas com poliuretano expandido. Na Figura 27 podemos ver o processo de construção e ensamblagem de uma célula de teste. Após esta etapa procedeu-se a colocação de um termopar do tipo K centrado no interior de cada célula com o objetivo de registar a temperatura interna. Os termopares foram conectados a um Datta logger, sistema de alta sensibilidade (Figura 28) que fazia a monitorização e medição da temperatura interna da câmara e no interior de cada célula a cada minuto, por último as quatro caixas foram introduzidas no interior da câmara climática (Figura 29). Figura 27 – Construção e ensamblagem de uma célula de teste. Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 50 Figura 28 Datta logger da marca Agilent. Figura 29 - Introdução das caixas na câmara climática. Para a estação amena foram utilizados intervalos de temperatura entre os 12 e 29°C e para a estação quente foram utilizados intervalos de temperatura entre os 11 e 44°C, as leis de temperatura utilizadas em cada estação podem ser observadas nas Figuras 30 e 31. Capítulo 3 – Materiais e Métodos de Ensaio 51 Figura 30 – Lei de temperatura estação amena. Figura 31 – Lei de temperatura da estação mais quente. 0 5 10 15 20 25 30 35 01000 2000 3000 4000 Temperatura °C Minutos 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 0500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Temperatura °C Minutos Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 52 4. ANÁLISE E DISCUSSÃO DE RESULTADOS 4.1. Propriedades físicas 4.1.1. Trabalhabilidade Foram efetuados ensaios de trabalhabilidade para cada composição usando o método de espalhamento [53] para verificar a consistência das argamassas de revestimento para uma adequada aplicação em obra. A quantidade de superplastificante foi considerada válida quando o espalhamento obtido foi de 155±5 mm. Na Tabela 7 é possível observar um diâmetro de espalhamento relativamente igual em todas as composições, apresentando uma trabalhabilidade semelhante independentemente da sua composição. Tabela 7 – Diâmetro de espalhamento. Os resultados obtidos (Figura 32) demonstram que com o aumento de incorporação de PCM origina-se uma diminuição da quantidade de superplastificante a empregar nas argamassas. Nas composições com 5%, 10% e 20% de PCM houve uma redução de 20%, 45% e 80% respetivamente na quantidade de superplastificante inserido comparativamente com a argamassa de referência. Este comportamento pode ser justificado pelo fato do PCM ser adicionado na forma líquida, funcionando como um agente que confere fluidez na confeção de argamassas, mesmo não contribuindo para a hidratação das mesmas, melhorando desta forma trabalhabilidade das argamassas. Foi possível observar alguma saturação de PCM na composição com 20% de PCM, isto prende-se ao fato da composição no estado fresco não conseguir conter mais material de mudança de fase na sua estrutura porosa. Argamassa Espalhamento (mm) 0%PCM 154 5%PCM 155 10%PCM 155 20%PCM 154 Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 53 Figura 32 - Variação do teor de superplastificante. 4.1.2. Absorção de água por capilaridade A absorção de água por capilaridade está relacionada com os poros de pequenas dimensões. A Figura 33 apresenta o coeficiente de absorção de água por capilaridade em cada uma das argamassas estudadas. Foi possível observar uma diminuição no coeficiente de absorção por capilaridade à medida que o teor de PCM aumenta, isto pode ser explicado pelos provetes terem os seus poros preenchidos com PCM. Devido a alguma saturação verificada na composição com 20% de PCM, esta apresenta um coeficiente de absorção de água por capilaridade muito similar com a composição com 10%de PCM. Coeficientes de absorção capilar maiores revelam uma velocidade de absorção de água mais rápida e coeficientes de absorção menores revelam uma velocidade de absorção de água mais lenta. É possível observar uma diminuição do coeficiente na ordem dos 20%, 60% e 65% nas argamassas com 5%,10% e 20% de PCM respetivamente quando comparadas com a composição de referência, ou seja, quanto mais material de mudança de fase presente na argamassa menor a velocidade de absorção de água. Esta característica apresentada pelas argamassas com incorporação de material de mudança de fase é benéfica porque dificulta a penetração de agentes agressivos no interior da mesma. 4,5 3,5 2,5 1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 0 5 10 15 20 % Superplastificante %PCM Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 54 Figura 33 - Coeficiente de absorção capilar das argamassas. Na Figura 34 é apresentada a absorção de água das argamassas durante 7 dias de ensaio, tempo necessário para a estabilização da massa dos provetes. É possível comprovar mais uma vez que a saturação dos provetes de ensaio ocorre mais lentamente à medida que o teor de PCM aumenta, devido ao preenchimento dos vasos capilares por PCM. Como já foi referido, a absorção capilar na composição de 10% de PCM é semelhante com os valores dos provetes de 20% de PCM, devido á saturação de PCM nesta última. Figura 34 - Absorção de água por capilaridade das argamassas. 1,27 1 0,49 0,44 0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4 0%PCM 5%PCM 10%PCM 20%PCM Coeficiente de absorção capilar - (kg /(m².min0,5)) 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 020 40 60 80 100 Absorção capilar (kg/m²) Tempo (√min) 0%PCM 5%PCM 10%PCM 20%PCM Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 55 A Tabela 8 apresenta as classificações obtidas, segundo o coeficiente de absorção de água por capilaridade de acordo com a especificação NP EN 998-1 [63]. Como todos os coeficientes de absorção capilar se encontram acima de 0,40 kg/(m².min0.5) todas as composições foram classificadas como W0. Tabela 8 - Classificação das argamassas segundo o coeficiente de absorção de água por capilaridade. Composição Coeficiente de absorção capilar (kg/(m² .𝐦𝐢𝐧𝟎.𝟓)) Classificação da argamassa NP EN 998-1:2010 0%PCM 1,27 W0 5%PCM 1 W0 10%PCM 0,49 W0 20%PCM 0,44 W0 4.1.3. Absorção de água por imersão A quantidade de PCM em cada composição está diretamente ligada com a porosidade dos provetes ensaiados. Verificou-se uma diminuição da absorção de água nas composições com PCM relativamente à argamassa de referência, isto é explicado com o preenchimento dos poros das argamassas com o material de mudança de fase. No entanto há um pequeno aumento desta grandeza na argamassa de 20% comparativamente com as outras composições com PCM, isto ocorre devido a segregação e migração do material de mudança de fase para a superfície. Na Figura 35 existe uma diminuição na porosidade de 17% e 40% para as composições com 5% e 10% respetivamente e de 27% na composição com 20% de PCM. Mais uma vez a presença de PCM nos poros dificulta a passagem de água, diminuindo o risco de aparecimento de patologias associadas à absorção de substâncias pela rede capilar das argamassas. Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 56 Figura 35 – Variação de absorção de água por imersão das argamassas. 4.2. Propriedades mecânicas 4.2.1. Comportamento à flexão e compressão Os ensaios de resistência à compressão e resistência à flexão foram realizados após os 28 dias de idade mediante as especificações da norma EN 1015-11[60]. Os resultados obtidos permitem observar uma diminuição das características mecânicas na generalidade das composições com PCM, este comportamento está relacionado com o aumento da quantidade de material de mudança de fase que preenche os poros, mas não contribui para a resistência mecânica. Na Figura 36 foi possível observar um comportamento à flexão semelhante nas composições com 5% e 10% de PCM, mas com uma queda abrupta para cerca de metade na composição com 20% de PCM. O comportamento à compressão das argamassas está esquematizado na Figura 37. Nesta propriedade foi possível verificar uma diminuição progressiva da mesma em todas as composições com o aumento do teor de PCM, verificando-se uma quebra acentuada na composição com 20% de PCM. 17,11 14,15 10,58 12,47 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 0%PCM 5%PCM 10%PCM 20%PCM Absorção de água (%) Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 57 Figura 36 Resistência à flexão das argamassas. Figura 37 - Resistência à compressão das argamassas As argamassas com 5,10 e 20% de PCM apresentaram uma redução da sua resistência à compressão de 5% 20% e 60% respetivamente. Uma explicação para o sucedido é o fato do PCM afetar a ligação entre os diferentes constituintes da argamassa, contribuindo para um aumento da porosidade das argamassas. Relativamente, à diminuição mais acentuada para a composição com 20% de incorporação de PCM, esta é consistente com o comportamento à flexão e encontra-se associado à saturação da presença de PCM na microestrutura da argamassa. 2,07 2,16 2 1,1 0 0,5 1 1,5 2 2,5 0 5 10 15 20 Resistência à flexão (MPa) %PCM 7,65 7,3 6,19 3,12 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 0 5 10 15 20 Resistência à compressão %PCM Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 64 Figura 43 – Área de cálculo sinalizada para a composição de referência. Figura 44 – Área de cálculo isolada para a composição de referência. 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0200 400 600 800 1000 1200 1400 Temperatura °C Minutos 0%PCM 24 26 28 30 32 34 36 38 40 0100 200 300 400 500 600 700 Temperatura °C Minutos Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 65 𝑇(𝑥)=−2×10−16𝑥6+7×10−14𝑥5+6×10−14𝑥4 −7×10−7𝑥3+0,0001𝑥2+0,0547𝑥 +24,779 ∫ 𝑇(𝑥) 𝑡𝑖 𝑡0 𝑑𝑥 ∫ −2×10−16𝑥6+7×10−14𝑥5+6×10−14𝑥4 742 0−7×10−7𝑥3+0,0001𝑥2+0,0547𝑥 +24,779𝑑𝑥 2×10−16𝑥7 7+7×10−14𝑥6 6+6×10−14𝑥5 5 −7×10−7𝑥4 4+0,0001𝑥3 3+0,0547𝑥2 2 +24,779𝑥742 | 0=19411,01 (°𝐶.𝑚𝑖𝑛.) (4.2) Processo análogo é realizado para as necessidades de aquecimento, que ocorre quando as temperaturas são inferiores a 20°C (Figura 45) no entanto esta etapa é separada em duas funções devido a se registarem temperaturas abaixo dos 20°C em dois momentos distintos durante o ciclo em estudo. Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 66 Figura 45 - Áreas de cálculo sinalizadas para a composição de referência. Os cálculos inerentes ao aquecimento seguem o mesmo raciocínio do cálculo do arrefecimento anteriormente apresentado, sendo a primeira etapa o cálculo da área assinalada na Figura 46 através da expressão 4.3. 𝑇(𝑥)=−1×10−13𝑥6+6×10−11𝑥5−1×10−8𝑥4 +2×10−6𝑥3−2×10−6𝑥2−0,0046𝑥 +14,97 ∫ 𝑇(𝑥) 𝑡𝑖 𝑡0 𝑑𝑥 ∫ =−1×10−13𝑥6+6×10−11𝑥5−1×10−8𝑥4 742 0+2×10−6𝑥3−2×10−6𝑥2−0,0046𝑥 +14,97𝑑𝑥 −1×10−13𝑥7 7+6×10−11𝑥6 6−1×10−8𝑥5 5 +2×10−6𝑥4 4+2×10−6𝑥3 3+0,0046𝑥2 2 +14,97𝑥266 | 0=5478,9 (°𝐶.𝑚𝑖𝑛.) (4.3) 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 0200 400 600 800 1000 1200 1400 Temperatura °C Minutos 0%PCM Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 67 Figura 46 – Primeira área de cálculo para a composição de referência. A área restante representada na Figura 47 é calculada através da Expressão 4.4. 𝑇(𝑥)=−3∗10−12𝑥6+2∗10−9𝑥5−4∗10−7𝑥4+5 ∗10−5𝑥3−0,0023𝑥2−0,0073+19,871 ∫ 𝑇(𝑥) 𝑡𝑖 𝑡0 𝑑𝑥 ∫ =−3∗10−12𝑥6+2∗10−9𝑥5−4∗10−7𝑥4+5 742 0∗10−5𝑥3−0,0023𝑥2−0,0073 +19,871𝑑𝑥 −3∗10−12𝑥7 7+2∗10−9𝑥6 6−4∗10−7𝑥5 5+5∗10−5𝑥4 4 +0,0023𝑥3 3+0,0073𝑥2 2+19,871𝑥266 | 0 =8804,45 (°𝐶.𝑚𝑖𝑛.) (4.4) 5 7 9 11 13 15 17 19 21 050 100 150 200 250 Temperatura °C Minutos Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 68 Sendo a área total de aquecimento para a composição de referência igual a soma das duas parcelas (Expressão 4.5): Á𝑟𝑒𝑎 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 =5478,9+8804,45=14283,35 °𝐶.𝑚𝑖𝑛 (4.5) Figura 47 – Segunda área de cálculo para a composição de referência Este procedimento foi efetuado para cada composição em estudo, na Tabela 10 é apresentado em síntese as necessidades de arrefecimento, aquecimento e as necessidades totais de climatização para todas as composições analisadas: Como seria espectável as argamassas aditivadas com material de mudança de fase evidenciam menores necessidades de climatização em comparação com a argamassa de referência. Na parcela relativa ao aquecimento, a redução da área foi proporcional á quantidade de PCM introduzido, isto é, à medida que o teor aumenta, as necessidades de aquecimento diminuem, com uma redução de 51%, 53% e 55% nas células com 5%,10% e 20% de PCM respetivamente. No entanto esta redução é mais gradual, quando as temperaturas ultrapassam os 25°C, com uma redução das necessidades de arrefecimento de 6%, 15% e 16% quando comparadas com a composição de referência. 5 7 9 11 13 15 17 19 21 050 100 150 200 Temperatura °C Minutos Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 69 Tabela 10Necessidades de arrefecimento e aquecimento na estação quente. Composição Necessidade de aquecimento (°C.min.) Necessidade de arrefecimento (°C.min.). Necessidades totais de climatização (°C.min.) 0%PCM 14283,35 25349,8 39633,2 5%PCM 7046,97 23728,9 30775,9 10%PCM 6725,32 21477,3 28202,6 20%PCM 6512,85 21330,2 27843,1 Numa análise às necessidades totais de climatização, a incorporação de PCM permite uma redução na ordem dos 22%, 29% e 30% relativamente à argamassa sem material de mudança de fase. Isto comprova as características termorreguladores deste PCM, com a absorção e libertação de calor. 4.3.2. Estação amena A estação amena foi simulada com temperatura máxima de 29°C e temperatura mínima de 12°C. A Figura 48 apresenta o comportamento térmico de cada composição quando submetidas à lei de temperatura em estudo. É possível observar um ligeiro achatamento das curvas à medida que teor de PCM aumenta, sendo este um primeiro indício do comportamento favorável do PCM nesta estação em concreto. Outro dado curioso com a observação dos gráficos dos comportamentos térmicos das argamassas é a dispensabilidade de arrefecimento nas células que foram revestidas com argamassa contendo 10% e 20% de PCM, devido a estas não ultrapassarem a barreira dos 25°C. Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 70 Figura 48 – Estação amena – Comportamento térmico das argamassas. Na Figura 49 são exibidas a temperatura máxima de cada composição com um decréscimo de quase 3°C entre a composição de referência e a composição com 20% de PCM. Verificou-se uma diminuição progressiva da temperatura à medida que o teor de PCM aumenta, com uma redução de 3, 7 e 10% quando comparadas com a argamassa de referência. Na Figura 50 é possível verifica-se um aumento de 3°C na temperatura mínima entre a composição de referência e a composição com 20% de PCM, verificado que a incorporação de 5%,10% e 20% de PCM provocou um aumento da temperatura na ordem dos 3%, 7 e 10% respetivamente. Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 71 Figura 49 – Temperatura máxima em cada composição. Figura 50 – Temperatura mínima em cada composição. O gradiente térmico representado na Figura 51 demonstra que a argamassa com 20% de PCM apresenta uma maior regulação térmica, isto acontece porque esta célula apresenta as maiores diferenças de temperatura no seu interior em comparação com a célula revestida com argamassa de referência, seguida pela composição com 10% de PCM. 27,2 26,3 25,3 24,5 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 0%PCM 5%PCM 10%PCM 20%PCM Temperatura °C Temperatura Máxima 14,7 15,4 15,9 16,6 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 0%PCM 5%PCM 10%PCM 20%PCM Temperatura °C Temperatura Mínima Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 72 Figura 51 – Gradiente térmico da estação amena. Por último, foram determinadas as áreas correspondentes as secções dos gráficos onde a temperatura excede os 25°C e onde é menor que 20°C.Devido à lei de temperatura aplicada e ao teor de PCM só se registaram temperaturas acima dos 25°C na célula revestida com a composição de referência e na célula com 5% de PCM (Tabela 11). Verificou-se um decréscimo acentuado nas necessidades de aquecimento à medida que o teor de PCM nas argamassas aumenta. Foi ainda possível observar uma redução das necessidades de arrefecimento na argamassa com 5% de PCM e a eliminação das mesmas nas restantes composições com PCM. Isto demonstra as capacidades termorreguladores do material de mudança de fase e a sua contribuição para edifícios energeticamente mais eficientes com a eliminação ou redução do tempo de operação de aparelhos de climatização. As necessidades de climatização foram reduzidas em 30, 59 e 67% nas composições com 5, 10 e 20% de PCM respetivamente. Somando as necessidades de ambas as estações simuladas, verificamos mais uma vez que quanto maior a percentagem de material de mudança de fase presente na argamassa, menores serão as necessidades de utilização de aparelhos reguladores de temperatura, com uma diminuição das necessidades totais de 25, 41 e 45% (Tabela 12). -15 -10 -5 0 5 10 15 1 163 325 487 649 811 973 1135 1297 1459 1621 1783 1945 2107 2269 2431 2593 2755 2917 3079 3241 3403 3565 3727 3889 4051 4213 4375 5%PCM 10%PCM 20%PCM Capítulo 4 – Apresentação e Análise de Resultados 73 Tabela 11 - Necessidades de arrefecimento e aquecimento na estação amena. Composição Necessidade de aquecimento (C°.min.) Necessidade de arrefecimento (C°.min). Necessidades totais de climatização (C°.min.) 0%PCM 18178,32 9485,31 27633,63 5%PCM 13926,84 5557,1 19483,9 10%PCM 11403,52 - 11403,52 20%PCM 9246,14 - 9246,14 Tabela 12 - - Necessidades totais de climatização. Composição Necessidades estação quente (°C.min.) Necessidade estação amena (°C.min.) Necessidades totais de climatização (°C.min.) 0%PCM 39633 27634 67266,8 5%PCM 30776 19484 50259,8 10%PCM 28203 11404 39606,1 20%PCM 27843 9246,1 37089,2 Capítulo 6 - Bibliografia 80 [46]https://www.puretemp.com/BlogRetrieve.aspx?PostID=774314&A=SearchResult&SearchID=11334803& ObjectID=774314&ObjectType=55. Consultado em 13/05/21 [47]https://phasechange.com/wp-content/uploads/2018/03/ENRG-Blanket-brochure-03262018.pdf. Consultado em 01/06/21. [48] https://phasechange.com/enrgblanket/. Consultado em 01/06/21. [49] https://www.rubitherm.eu/en/index.php/references/glassx. Consultado em 01/06/21. [50] Laboratório Nacional de Engenharia Civil (LNEC) (1979), Especificação E 64, Cimentos - Determinação da massa volúmica. [51]https://sival.pt/pt/gessos-tradicionais/45-gesso-estuque-saco-3-kgs.html.%20.Consultado em 02/07/21. [52]https://assets.master-builders-solutions.com/pt-pt/masterglenium-sky-617-dop.pdf. Consultado em 03/07/21. 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[58] European Committee for Standardization (CEN) (2002), EN 1015-12, Methods of test for mortar for masonry - Part 12: Determination of adhesive strength of hardened rendering and plastering mortars on substrates.