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Title: Formulação de materiais com mudança de fase por adição combinada de vermiculita, diatomita e parafina aplicados em argamassas cimentícias
Authors: Costa, José Airton Cunha
Keywords: Material com mudança de fase;Vermiculita;Diatomita;Parafina;Argamassa
Issue Date: 19-Mar-2019
Citation: COSTA, José Airton Cunha. Formulação de materiais com mudança de fase por adição combinada de vermiculita, diatomita e parafina aplicados em argamassas cimentícias. 2019. 112f. Tese (Doutorado em Ciência e Engenharia de Materiais) - Centro de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2019.
Portuguese Abstract: Com a finalidade de garantir o conforto térmico dos seus usuários, as edificações residenciais e comerciais consomem grande parte de energia para aquecer e resfriar os ambientes internos e, consequentemente, os condicionadores de ar emitem quantidades significativas de gases do efeito estufa nos aglomerados urbanos. As preocupações no século atual para redução do consumo energético e emissão de gases ensejam, portanto, avanços no uso dos materiais capazes de armazenar energia no processo de transição de fase, com especial dedicação aos PCMs (Phase Change Materials). Neste estudo, foi idealizado um material com mudança de fase, PCM, com potencial para melhoria da performance térmica em argamassas cimentícias, constituído de duas parafinas, sólida e líquida (óleo naftênico), e dois minerais como matriz de suporte (diatomita calcinada e vermiculita expandida). Primeiro, caracterizações por DSC e FT-IR foram realizadas para determinar a melhor proporção entre as parafinas visando a aplicação em edificações residenciais e comerciais. Os minerais de partida foram caracterizados por TG, DTA, FRX, MEV, BET e FT-IR. Amostras de PCM foram feitas a partir da mistura de parafinas escolhidas e os minerais, e então nomeadas como PCM1 (parafinas + diatomita), PCM2 (parafinas + vermiculita) e PCM(1+2) (parafinas + diatomita + vermiculita), e foram caracterizados por MEV, FT-IR, BET. Foram preparados traços de argamassas cimentícias na proporção em volume: 1:4 cimento:areia (traço controle), 1:4:1 de cimento:areia:diatomita, 1:4:1 de cimento:areia:vermiculita e 1:4:1 cimento:areia:PCMs, e tiveram suas propriedades térmicas mensuradas. Finalmente, foram avaliadas as propriedades térmicas do PCM(1+2), em substituição variada ao volume de areia, nas proporções de 0%, 25%, 50%, 75% e 100%. Os resultados do DSC das misturas de parafina apontaram para a composição a 20% de parafina líquida como sendo a ideal por apresentar temperatura sólidolíquido e calor latente adequados para edificações. Todos os PCMs denotaram condutividades térmicas menores que a do traço controle (1,47 W/m.K), sendo o PCM(1+2), a mais baixa dentre elas (0,82 W/m.K). O PCM(1+2) também exibiu melhor difusividade, capacidade calorífica volumétrica e resistividade térmica. A adição simultânea de vermiculita e diatomita à composição dos PCMs resulta na melhoria das suas propriedades térmicas, mantendo suas características fundamentais como estabilidade química e estrutural.
Abstract: In order to ensure the thermal comfort of its users, residential and commercial buildings consume a large amount of energy to heat and cool the indoor environments and, consequently, air conditioners emit significant amounts of greenhouse gases in urban agglomerations. Concerns in the current century to reduce energy consumption and emission of gases, therefore, lead to advances in the use of materials capable of storing energy in the phase transition process, with special dedication to PCMs (Phase Change Materials). In this study, a material with phase change, PCM, with potential for improving thermal performance in cement mortars, consisting of two solid and liquid paraffins (naphthenic oil) and two minerals as a support matrix (calcined diatomite and vermiculite expanded). First, characterizations by DSC and FTIR were performed to determine the best ratio between paraffins for application in residential and commercial buildings. The starting minerals were characterized by TG, DTA, FRX, MEV, BET and FT-IR. PCM samples (paraffin + vermiculite) and PCM (1 + 2) (paraffin + diatomite + vermiculite) were prepared from the selected paraffin mixture and the minerals, and then named PCM1 (paraffin + diatomite), PCM2 characterized by MEV, FT-IR, BET. Cement mortars were prepared in volume ratio: 1: 4 cement: sand (control trace), 1: 4: 1 cement: sand: diatomite, cement 1: 4: 1: sand: vermiculite and 1: 4: 1 cement: sand: PCMs, and had their thermal properties measured. Finally, the thermal properties of PCM(1 + 2) were evaluated, varying to the sand volume, in the proportions of 0%, 25%, 50%, 75% and 100%. The DSC results of the paraffin blends pointed to the composition at 20% liquid paraffin as being ideal because it has adequate solid-liquid temperature and latent heat suitable for buildings. All PCMs had lower thermal conductivities than the control (1.47 W/m.K), with PCM (1 + 2) being the lowest of them (0.82 W/m.K). The PCM (1 + 2) also presented better diffusivity, volumetric heat capacity and thermal resistance. The simultaneous addition of vermiculite and diatomite to the composition of PCMs results in the improvement of their thermal properties, maintaining their fundamental characteristics as chemical and structural stability.
URI: https://repositorio.ufrn.br/jspui/handle/123456789/27063
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