Estudo do processo de adaptação de lamas primárias e pasta de celulose para isolamento e condicionamento térmico e acústico

Abstract

O elevado consumo mundial de energia associado ao aquecimento e arrefecimento dos edifícios contribui consideravelmente para a emissão de gases com efeito de estufa, o que leva à necessidade de melhorar a sua eficiência energética. As soluções mais indicadas passam pela utilização de materiais isolantes térmicos e sustentáveis, os quais podem ter características adicionais, como a capacidade de condicionamento e/ou isolamento do som. Neste contexto, o presente trabalho teve como objetivo testar a utilização de lamas primárias, um dos resíduos gerados pela produção de pasta de celulose, bem como a própria pasta, fornecidos pela Altri, para produzir isolamentos térmicos e acústicos na AcustekPro. Devido aos processos morosos que o caráter recente e inovador do projeto implicou, optou-se por focar o estudo na valorização das lamas primárias, em detrimento da utilização da pasta de celulose, a avaliar em trabalhos futuros. Inicialmente, procurou-se determinar o modo de secagem mais rápido e com o menor consumo de energia, até obter teores de humidade iguais ou inferiores a 10%. Para isso, 21 cadinhos de 6 g de lamas primárias foram colocados na estufa a 60 °C e outros 21 a 100 °C, consumindo-se 20,7 e 23,3 MJ de energia, respetivamente. Fixada a temperatura a 100 °C, secaram-se as lamas em 4 condições diferentes (variações na área exposta e na massa), entre as quais se destacou a condição D (770 cm² e 40 g num tabuleiro metálico), que foi a mais rápida (26 min) e com menor gasto de energia (2,8 MJ). Dos sistemas de secagem estáticos passou-se para um dinâmico, com 314 cm² de área exposta, que demorou 28 min e gastou 1,7 MJ, revelando-se o mais promissor. As amostras isolantes foram preparadas com razão mássica lamas:ligante variável, sendo o ligante constituído por resina e água numa razão mássica fixa de 1:8. Para cada razão, foram produzidas amostras com lamas moídas e amostras com lamas sem moagem. Depois de analisadas as amostras preliminares em forma de disco, foram selecionadas as razões mássicas 6:4, 6:5, 6:6, 6:7 e 6:8 para preparar amostras de dimensões 2,4 × 2,5 × 1,6 cm³ (paralelepípedos), 4 × 4 × 4 cm³ (cubos) e 78 × 4 cm³ (cilindros) destinadas a ensaios mecânicos de compressão, ensaios de condutividade térmica e ensaios acústicos, respetivamente. As amostras mostraram diferenças consideráveis ao nível da densidade geométrica, estando compreendida, para amostras com lamas não moídas, entre 455 kg/m³ (cilindros) e 728 kg/m³ (cubos). Entre as amostras cúbicas, a densidade geométrica para lamas sem moagem foi bastante inferior às de lamas moídas. Nos ensaios mecânicos de compressão observou-se uma grande extensão dos provetes sem rutura, comportamento característico de um material pouco rígido e com características absorventes de tensões. Verificou-se para 0,1 de extensão uma tendência de aumento da tensão com o aumento da quantidade de ligante. A 0,4 de extensão, as tensões para as amostras de lamas sem moagem foram bastante superiores, com exceção das razões 6:6 e 6:8. A amostra mais deformável foi a de razão 6:4 com lamas moídas. Relativamente à condutividade térmica, destacaram-se as amostras com lamas moídas, que apresentaram as melhores propriedades de isolamento térmico. As amostras de razão 6:5 tiveram o melhor desempenho, tanto usando lamas moídas (0,099 W/m K) como lamas sem moagem (0,110 W/m K). Através dos ensaios acústicos foi possível constatar que a amostra com lamas não moídas de razão mássica lamas:ligante 6:6 teve o melhor desempenho em quase toda a gama de frequências (100 a 1600 Hz) ao nível da absorção acústica, ao passo que as amostras de razões 6:4 e 6:5 registaram os maiores valores de perda de som por transmissão.

The high global energy consumption associated with the heating and cooling of buildings contributes considerably to greenhouse gas emissions, which leads to the need to improve their energy efficiency. The most suitable solutions are the use of thermal and sustainable insulating materials, which may have additional characteristics, such as sound conditioning and/or insulation capacity. In this context, the present work aimed to test the use of primary sludge, one of the residues generated by pulp production, as well as the pulp itself, supplied by Altri, to produce thermal and acoustic insulation at AcustekPro. Due to the time - consuming processes that the recent and innovative character of the project implied, it was decided to focus the study on the valorisation of primary sludge, to the detriment of the use of cellulose pulp, to be evaluated in future work. Initially, it was sought to determine the fastest drying mode and with the lowest energy consumption, until obtaining moisture contents equal to or less than 10%. For this, 21 crucibles of 6 g of primary sludge were placed in the oven at 60 °C and another 21 at 100 °C, consuming 20.7 and 23.3 MJ of energy, respectively. Once the temperature was set at 100 °C, the sludge was dried in 4 different conditions (variations in exposed area and mass), among which condition D (770 cm² and 40 g in a metal tray) stood out, being the fastest (26 min) and with the lowest energy expenditure (2.8 MJ). From the static drying systems we moved to a dynamic one, with 314 cm² of exposed area, which took 28 min and spent 1.7 MJ, proving to be the most promising. Insulating samples were prepared with varying sludge:binder mass ratio, with the binder consisting of resin and water in a fixed mass ratio of 1:8. For each ratio, samples with milled sludge and samples with unmilled sludge were produced. After analysing the preliminary disc -shaped samples, the mass ratios 6:4, 6:5, 6:6, 6:7 and 6:8 were selected to prepare samples of dimensions 2.4 × 2.5 × 1.6 cm³ (parallelepipeds), 4 × 4 × 4 cm³ (cubes) and 78 × 4 cm³ (cylinders) for mechanical compression tests, thermal conductivity tests and acoustic tests, respectively. The samples showed considerable differences in geometric density, ranging from 455 kg/m³ (cylinders) to 728 kg/m³ (cubes) for samples with unmilled sludge. Among the cubic samples, the geometric density for unmilled sludge was much lower than for milled sludge. In the mechanical compression tests, a large extension of the specimens without rupture was observed, a behaviour characteristic of a material with little rigidity and stress absorbing characteristics. At 0.1 strain, there was a tendency for the stress to increase with the increase in the amount of binder. At 0.4 strain, the stresses for the unmilled sludge samples were much higher, except for the 6:6 and 6:8 ratios. The most deformable sample was the 6:4 ratio with milled sludge. Through the acoustic tests it was possible to verify that the sample with unmilled sludge of sludge:binder mass ratio 6:6 had the best performance in almost the entire frequency range (100 to 1600 Hz) in terms of acoustic absorption, while the samples of ratios 6:4 and 6:5 recorded the highest values of sound transmission loss.