Investigação portuguesa explora potencialidades da termografia infravermelha
O projeto “Caracterização Térmica de Soluções Construtivas Aplicando Termografia – Modelação Computacional e Estudo Experimental” tem como objetivo principal avaliar a aplicabilidade da técnica da termografia infravermelha na caraterização térmica de soluções construtivas e na deteção de possíveis defeitos de construção.
1. Síntese
A termografia infravermelha (infrared thermography – IRT) é uma técnica não-destrutiva que permite a obtenção de imagens térmicas (termogramas) com ausência de contacto. Esta técnica baseia-se no facto de todos os objetos emitirem radiação e de existir uma proporcionalidade entre esta radiação e o produto entre a emissividade da superfície do corpo e a sua temperatura absoluta. Por este motivo, recorrendo a uma câmara de medição de radiação infravermelha, é possível uma rápida obtenção da distribuição de temperaturas de superfícies. A presença de heterogeneidades e defeitos nos sistemas afeta a difusão de calor, permitindo que esta técnica seja útil na inspeção de obras de Engenharia Civil. É possível, por exemplo, a inspeção instantânea de fachadas completas de edifícios.
Nesta área, a IRT (infrared thermography) tem sido sobretudo aplicada como técnica de inspeção qualitativa dos elementos de construção. A ausência de uma caracterização quantitativa deve-se à complexidade da resposta térmica das soluções construtivas e da sua dependência de inúmeros fatores, tais como as condições ambientais.
O presente projeto de investigação, liderado pela Universidade de Coimbra, em parceria com o ITeCons e Faculdade de Engenharia do Porto, teve como objetivo principal avaliar a aplicabilidade da técnica da termografia infravermelha na caracterização térmica de soluções construtivas e na deteção de defeitos de construção. Para atingir este objetivo, o projeto em causa contemplou o desenvolvimento de técnicas de simulação da transferência de calor uni, bi e tridimensional em soluções construtivas, nomeadamente de sistemas que contivessem pequenos defeitos, e a realização de campanhas experimentais que permitiram validar as técnicas desenvolvidas.
O cofinanciamento por fundos FEDER, através do COMPETE (Programa Operacional Factores de Competitividade) e por fundos nacionais, através da Fundação para a Ciência e Tecnologia (FCT), permitiram aos investigadores a aquisição de equipamento com características especiais, possibilitando um avanço significativo no desenvolvimento técnicas de inspeção não destrutivas dos edifícios usando a termografia.
2. Enquadramento
O adequado desempenho dos materiais, dos elementos de construção e soluções estruturais depende, por vezes, da presença de defeitos internos. Deste modo, a prévia deteção e caraterização de fissuras, vazios, delaminações e outro tipo de defeitos revela-se essencial para a prevenção de manifestações patológicas das soluções construtivas e de problemas estruturais. Atualmente, para avaliar o estado funcional de um sistema é possível o recurso a um vasto conjunto de técnicas não destrutivas, em alternativa à utilização de técnicas invasivas.
Como a difusão de calor através de um corpo é sensível à sua composição e à eventual presença de fissuras, vazios e outras classes de defeitos, a utilização de técnicas de termografia por infravermelhos (Infrared Thermography, IRT) tem-se revelado um poderoso método de inspeção não destrutiva. Contudo, na Engenharia Civil, a IRT tem sido aplicável sobretudo como técnica de inspeção qualitativa do estado dos elementos de construção. A frequente ausência de uma abordagem quantitativa deve-se à complexidade das relações das variáveis que afetam a resposta térmica das soluções construtivas que requer um conhecimento profundo dos fenómenos envolvidos e de modelos de simulação.
3. Objetivos
O projeto de investigação “Caracterização Térmica de Soluções Construtivas Aplicando Termografia – Modelação Computacional e Estudo Experimental” tem como objetivo principal avaliar a aplicabilidade da técnica da termografia infravermelha na caraterização térmica de soluções construtivas e na deteção de possíveis defeitos de construção.
Para atingir este objetivo, o projeto em causa contempla o desenvolvimento de técnicas de simulação da transferência de calor uni, bi e tridimensional de soluções construtivas, nomeadamente de sistemas que contenham pequenos defeitos, assim como a realização de campanhas experimentais para validar os modelos desenvolvidos e para implementação da técnica de termografia infravermelha na caracterização de soluções construtivas e identificação da presença de vazios nesses sistemas.
Para dar resposta ao objetivo principal deste projeto, o trabalho a desenvolver contempla duas vertentes: modelação computacional e estudo experimental.
A vertente de modelação computacional deste projeto prevê o desenvolvimento de ferramentas analíticas e numéricas, explorando a abordagem no domínio da frequência, em alternativa aos modelos no domínio do tempo.
Nestas novas formulações contempla-se a modelação 3D da difusão de calor em meios homogéneos ou estratificados podendo conter fissuras ou inclusões de dimensões reduzidas. Na modelação de sistemas com corpos finos, a formulação baseada Método dos Elementos de Fronteira (Boundary Element Method, BEM) degenera. Por este motivo, estes sistemas são modelados para explorar a formulação baseada na equação integral derivada da equação do BEM (TBEM). Juntamente com o estudo e desenvolvimento de modelos baseados no TBEM, este projeto considera a possibilidade do uso de métodos sem malha, em particular, do Método das Soluções Fundamentais (Method of Fundamental Solutions, MFS).
Assim, esta vertente irá desenvolver-se de acordo com os seguintes pontos:
- Desenvolvimento e implementação de soluções analíticas para modelar a difusão de calor transiente em meios estratificados;
- Desenvolvimento e implementação de modelos numéricos baseados no BEM/TBEM e na combinação destes com o MFS para simular a transferência de calor transiente em meios homogéneos ou estratificados com inclusões internas finas.
A vertente do estudo experimental prevê a implementação de uma extensa campanha laboratorial com vista às comparações entre as soluções analíticas/numéricas e os resultados experimentais e ainda, a implementação da técnica de termografia infravermelha como uma técnica de inspeção qualitativa e quantitativa. Esta vertente inclui as seguintes tarefas:
- Definição do procedimento de ensaio e realização de campanhas experimentais com termografia infravermelha;
- Comparação dos resultados experimentais e numéricos.
4. Apoio do COMPETE
> SAESCTN - Sistema de Apoio a Entidades do Sistema Científico e Tecnológico Nacional
O projeto foi apoiado pelo FEDER (Fundo Europeu de Desenvolvimento Regional), no âmbito do COMPETE - Programa Operacional Factores de Competitividade e por fundos nacionais, através da FCT - Fundação para a Ciência e Tecnologia com um investimento elegível de cerca de 1766 mil euros, correspondendo a um incentivo FEDER de, aproximadamente, 149 mil euros.
> Instituições Envolvidas
O projeto envolve as seguintes instituições:
- Faculdade de Ciências e Tecnologia da Universidade de Coimbra (FCTUC)
- Instituto de Investigação e Desenvolvimento Tecnológico em Ciências da Construção (ITeCons)
- Faculdade de Engenharia da Universidade do Porto (FEUP)
5. Resultados
No âmbito deste projeto foram publicados 10 artigos em revistas internacionais e apresentados 25 trabalhos em congressos internacionais. Possibilitou ainda a concretização de 7 dissertações de mestrado e 1 tese de doutoramento.
6. Links
Mais informações podem ser encontradas em http://www.itecons.uc.pt/projectos/termografia