Coeficiente de condutividade térmica de materiais de construção: o que significa o indicador + tabela de valores

A construção civil prevê o uso de quaisquer materiais adequados. Os principais critérios são: segurança para a vida e saúde, condutividade térmica, confiabilidade. Em seguida, vêm o preço, as propriedades estéticas, a versatilidade de aplicação, etc.

Vamos considerar uma das características mais importantes dos materiais de construção – o coeficiente de condutividade térmica, pois é dessa propriedade que depende, por exemplo, o nível de conforto em casa.

O que é o CCT de um material de construção?

Teoricamente, e também na prática, os materiais de construção geralmente criam duas superfícies – externa e interna. Do ponto de vista da física, uma região quente sempre tende para uma região fria.

Aplicado ao material de construção, o calor tenderá a ir de uma superfície (mais quente) para outra superfície (menos quente). Pois bem, a capacidade do material em relação a essa transição é chamada de coeficiente de condutividade térmica ou, na abreviatura – CCT.

Esquema explicando o efeito da condutividade térmica: 1 – energia térmica; 2 – coeficiente de condutividade térmica; 3 – temperatura da primeira superfície; 4 – temperatura da segunda superfície; 5 – espessura do material de construção

A característica do CCT é geralmente baseada em testes, onde se pega uma amostra experimental de 100x100 cm e se aplica um efeito térmico considerando a diferença de temperatura de 1 grau entre as duas superfícies. O tempo de exposição é de 1 hora.

Consequentemente, a condutividade térmica é medida em Watts por metro por grau (W/m°C). O coeficiente é representado pela letra grega λ.

Por padrão, a condutividade térmica de vários materiais de construção com valor inferior a 0,175 W/m°C classifica esses materiais como isolantes.

A produção moderna desenvolveu tecnologias para fabricar materiais de construção cujo nível de CCT é inferior a 0,05 W/m°C. Graças a esses produtos, é possível obter um efeito econômico significativo em termos de consumo de recursos energéticos.

Influência dos fatores no nível de condutividade térmica

Cada material de construção específico possui uma determinada estrutura e um estado físico peculiar.

A base disso são:

• dimensionalidade dos cristais da estrutura;
• estado de fase da matéria;
• grau de cristalização;
• anisotropia da condutividade térmica dos cristais;
• volume de porosidade e estrutura;
• direção do fluxo de calor.

Todos esses são fatores de influência. A composição química e as impurezas também exercem uma certa influência no nível de condutividade térmica. A quantidade de impurezas, como demonstrou a prática, exerce uma influência particularmente expressiva no nível de condutividade térmica dos componentes cristalinos.

Os materiais de construção isolantes são uma classe de produtos para construção, criados levando em consideração as propriedades de condutividade térmica próximas às propriedades ideais. No entanto, alcançar a condutividade térmica ideal mantendo outras qualidades é extremamente difícil.

Por sua vez, as condições de operação do material de construção influenciam a condutividade térmica – temperatura, pressão, nível de umidade, etc.

Materiais de construção com CCT mínimo

De acordo com pesquisas, o ar seco possui o menor valor de condutividade térmica (cerca de 0,023 W/m°C).

Do ponto de vista da aplicação do ar seco na estrutura do material de construção, é necessária uma construção onde o ar seco permaneça dentro de numerosos espaços fechados de pequeno volume. Estruturalmente, essa configuração é apresentada na forma de numerosos poros dentro da estrutura.

Daí a conclusão lógica: um material de construção cuja estrutura interna é uma formação porosa deve ter um baixo nível de condutividade térmica.

Além disso, dependendo da porosidade máxima permitida do material, o valor da condutividade térmica se aproxima do valor da condutividade térmica do ar seco.

A estrutura porosa contribui para a criação de um material de construção com condutividade térmica mínima. Quanto mais poros de diferentes volumes estão contidos na estrutura do material, melhor é a condutividade térmica que se pode obter.

Na produção moderna, são utilizadas várias tecnologias para obter porosidade do material de construção.

Em particular, são utilizadas as tecnologias:

• formação de espuma;
• formação de gás;
• adição de água;
• expansão;
• incorporação de aditivos;
• criação de esqueletos fibrosos.

Deve-se notar: o coeficiente de condutividade térmica está diretamente relacionado a propriedades como densidade, capacidade térmica e condutividade de temperatura.

O valor da condutividade térmica pode ser calculado pela fórmula:

λ = Q / S *(T₁-T₂)*t,

Onde:

• Q – quantidade de calor;
• S – espessura do material;
• T₁, T₂ – temperatura nos dois lados do material;
• t – tempo.

O valor médio da densidade e da condutividade térmica é inversamente proporcional ao valor da porosidade. Portanto, com base na densidade da estrutura do material de construção, a dependência da condutividade térmica em relação a ela pode ser calculada da seguinte forma:

λ = 1,16 √ 0,0196+0,22d² – 0,16,

Onde: d – valor da densidade. Esta é a fórmula de V.P. Nekrasov, que demonstra a influência da densidade de um material específico no valor de sua condutividade térmica.

Influência da umidade na condutividade térmica do material de construção

Novamente, a julgar pelos exemplos de uso de materiais de construção na prática, verifica-se a influência negativa da umidade na condutividade térmica do material. Observa-se que quanto maior a umidade a que o material está sujeito, maior se torna o valor da condutividade térmica.

De várias formas, busca-se proteger o material utilizado na construção da ação da umidade. Essa medida é plenamente justificada, considerando o aumento do coeficiente para o material de construção molhado.

Justificar esse ponto não é difícil. A ação da umidade na estrutura do material de construção é acompanhada pela umidificação do ar nos poros e pela substituição parcial do meio atmosférico.

Considerando que o parâmetro do coeficiente de condutividade térmica da água é de 0,58 W/m°C, torna-se evidente o aumento significativo da condutividade térmica do material.

Deve-se também notar um efeito mais negativo quando a água que penetra na estrutura porosa congela adicionalmente – transformando-se em gelo.

Consequentemente, é fácil calcular um aumento ainda maior da condutividade térmica, levando em conta os parâmetros da condutividade térmica do gelo, igual a 2,3 W/m°C. Um aumento de aproximadamente quatro vezes em relação ao parâmetro de condutividade térmica da água.

Uma das razões para abandonar a construção no inverno em favor da construção no verão é precisamente o fator do possível congelamento de alguns tipos de materiais de construção e, como consequência, o aumento da condutividade térmica.

A partir disso, tornam-se evidentes as exigências de construção relativas à proteção dos materiais de isolamento contra a entrada de umidade. Afinal, o nível de condutividade térmica aumenta em proporção direta à umidade quantitativa.

Não menos significativo é outro ponto – o inverso, quando a estrutura do material de construção é submetida a um aquecimento substancial. A temperatura excessivamente alta também provoca o aumento da condutividade térmica.

Isso ocorre devido ao aumento da energia cinética das moléculas que constituem a base estrutural do material de construção.

Verdade, existe uma classe de materiais cuja estrutura, ao contrário, adquire melhores propriedades de condutividade térmica em regime de aquecimento intenso. Um desses materiais é o metal.

Se, sob forte aquecimento, a maior parte dos materiais de construção amplamente utilizados altera a condutividade térmica no sentido do aumento, o forte aquecimento do metal leva ao efeito oposto – a condutividade térmica do metal diminui.

Métodos de determinação do coeficiente

Utilizam-se diferentes metodologias nessa área, mas, na prática, todas as tecnologias de medição se reúnem em dois grupos de métodos:

1. Modo de medições estacionárias.
2. Modo de medições não estacionárias.

A metodologia estacionária implica trabalhar com parâmetros que permanecem inalterados ao longo do tempo ou que mudam ligeiramente. Esta tecnologia, de acordo com as aplicações práticas, permite esperar resultados mais precisos do KTP.

As ações voltadas para a medição da condutividade térmica, o método estacionário permite realizar em uma ampla faixa de temperatura – 20 – 700 °C. No entanto, a tecnologia estacionária é considerada um método trabalhoso e complexo, exigindo muito tempo para execução.

Exemplo de um aparelho destinado a realizar medições do coeficiente de condutividade térmica. É uma das modernas construções digitais que proporciona a obtenção de um resultado rápido e preciso.

Outra tecnologia de medição – a não estacionária, parece mais simplificada, exigindo de 10 a 30 minutos para execução. No entanto, neste caso, a faixa de temperatura é significativamente limitada. Ainda assim, o método encontrou ampla aplicação no setor produtivo.

Tabela de condutividade térmica dos materiais de construção

Não faz sentido submeter muitos dos materiais de construção existentes e amplamente utilizados a medições.

Todos esses produtos, em geral, foram testados repetidamente, com base no que foi compilada a tabela de condutividade térmica dos materiais de construção, que inclui praticamente todos os materiais necessários em uma obra.

Uma das variantes dessa tabela é apresentada abaixo, onde KTP – coeficiente de condutividade térmica:

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1. Isolamentos para telhado de mansarda.
2. Materiais para isolamento interno da casa.
3. Isolamentos para teto.
4. Materiais para isolamento térmico externo.
5. Isolamento para piso em casa de madeira.

Conclusões e vídeo útil sobre o tema

Vídeo temático, onde é explicado detalhadamente – o que é KTP e 'com o que se come'. Ao se familiarizar com o material apresentado no vídeo, há grandes chances de se tornar um construtor profissional.

Um ponto óbvio – o construtor em potencial precisa necessariamente saber sobre a condutividade térmica e sua dependência de vários fatores. Esses conhecimentos ajudarão a construir não apenas com qualidade, mas com alto grau de confiabilidade e durabilidade do objeto. Usar o coeficiente, na prática, é uma economia real de dinheiro, por exemplo, no pagamento de contas de serviços públicos.

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