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MÜLLER, Alexandre. Desenvolvimento de um protótipo e análise do comportamento térmico de fachada ventilada com placas cerâmicas de grês porcelanato. Orientador Prof. Dr. Orestes Estevam Alarcon.173f. Tese (Doutorado em Engenharia Materiais) - Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, 2003.
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Resumo
No presente estudo, buscou-se desenvolver e analisar um protótipo de sistema de fixação de placas cerâmicas de grês porcelanato em fachada ventilada, a partir de tecnologia existente no país. Além disso, analisar aspectos como os efeitos da operação de execução de furos no material cerâmico, além de propriedades relacionadas com a interação das placas cerâmicas com parafusos expansores para fixação destas, como torque máximo no aperto destes parafusos, resistência da união entre parafusos e placas, e resistência à flexão das placas com furos e parafusos no interior destes. Buscou-se, ainda, analisar comparativamente o comportamento térmico de fachada ventilada sem material de isolamento térmico e de fachada convencional, nas condições de verão e inverno do sul do Brasil e condições de câmara de ar com e sem ventilação. Desta forma, desenvolveu-se um procedimento para execução de furos não-passantes nas placas cerâmicas, onde os parafusos expansores são inseridos. Análise utilizando microscópio eletrônico de varredura mostrou que na operação de execução dos furos são introduzidas ranhuras e abertos poros na superfície dos furos. Desenvolveram-se metodologias de ensaio para determinação das propriedades relacionadas com a interação das placas cerâmicas com os parafusos expansores. No painel do protótipo de fachada ventilada, executado em uma edificação nas condições reais (Tijucas, SC, próximo a Florianópolis - latitude 27o03S, longitude 48o45W), não se verificaram problemas relacionados à união entre parafusos e placas bem como problemas relacionados à resistência à flexão das placas com furos e fixas com os parafusos. Em relação ao comportamento térmico do painel de fachada ventilada com as extremidades superior e inferior da câmara de ar abertas, constata-se que os ganhos de energia no ambiente interno da edificação, em 24 h, foram em torno de 47% e 31% menores aos verificados em um painel de fachada convencional, nos dias característicos de verão com tempo ensolarado e com tempo nublado, respectivamente. Nos dias característicos de inverno com tempo ensolarado, a fachada ventilada praticamente não apresentou ganho de calor. Nos dias característicos de inverno com tempo nublado, a perda de energia máxima, em 24 h, foi 11% menor na fachada ventilada. Na condição de câmara de ar com as extremidades superior e inferior fechadas, a fachada ventilada apresentou ganhos de energia, em 24 h, aproximadamente 37% e 29% menores ao verificados na fachada convencional, nos dias característicos de verão com tempo ensolarado e com tempo nublado, respectivamente. Nos dias característicos de inverno com tempo ensolarado houve ganho significativo de energia na fachada ventilada, em 24 h. Contudo este ganho é substancialmente inferior ao verificado na fachada convencional. Nos dias característicos de inverno com tempo nublado verifica-se que a perda de energia máxima, em 24h, é 46% menor na fachada ventilada. Os resultados obtidos em simulação computacional (regime permanente) mostram que os valores da relação entre os fluxos de calor na fachada convencional e na fachada ventilada são praticamente constantes para larguras da câmara de ar entre 8,62 cm e 17,25 cm, bem como para larguras maiores, em dias de verão com tempo ensolarado e com tempo nublado.
Abstract
One of the aims of the present study is to develop and to analyse a prototype of porcelainized stoneware tiles fixing system in ventilated facade, based on existing technology in the country. Moreover, to analyse aspects as the effects of holes execution operation in the ceramic material, besides properties related with the interaction of the tiles with expander screws for fixing them, as maximum torque for tighting of these screws, union strength between screws and tiles, and bending strength of the tiles with holes and screws in the interior of them. Other aim is to analyse comparatively the thermal behavior of ventilated facade without thermal insulation material and conventional facade, in the summer and winter conditions of the southern Brazil and under conditions of air chamber with and without ventilation. In this way, a procedure for no-pass cylindrical holes execution in the tiles vertices was developed, where the expander screws are inserted. Analysis using scanning electronic microscope shows that in the operation of holes execution grooves are introduced and pores are opened in holes surface. Testing methodologies for determination of the properties related with interaction of tiles and expander screws were developed. In the panel of the ventilated facade prototype, executed in a building in the real conditions (Tijucas, SC, near to Florianópolis - latitude 27o03S, longitude 48o45W), it was not verified problems related to the union between screws and tiles as well as problems related to the bending strength of the tiles with holes and fixed with the screws. About to the thermal behaviour of the ventilated facade panel with opened air chamber upper and lower extremities, it is evidenced that energy gains in the building interior ambient, in 24 h, were around 47% and 31% lower to that verified in a conventional facade panel, in summer characteristic days with sunny weather and with cloudy weather, respectively. In the winter characteristic days with sunny wea ther, the ventilated facade practically did not present heat gain. In the winter characteristic days with cloudy weather, the maximum energy loss, in 24 h, was 11% less in the ventilated facade. In the condition of closed air chamber upper and lower extremities, the ventilated facade presented energy gains, in 24 h, approximately 37% e 29% lower than that verified in conventional facade, in summer characteristics days with sunny weather and with cloudy weather, respectively. In the winter characteristic days with sunny weather it had significant energy gain in the ventilated facade, in 24 h, however this gain is substantially lower than that verified in the conventional facade. In the winter characteristic days with cloudy weather it is verified that the maximum energy loss, in 24 h, is 46% less in the ventilated facade. The results obtained in computational simulation (steady state) show thatthe values of the relation between heat fluxes in conventional facade and in ventilated facade are practically constant for air chamber widths between 8,62 cm and 17,25 cm, as well as for larger widths, in summer days with sunny weather and cloudy weather.
