FACULDADE IMED PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO STRICTO SENSU

EM ENGENHARIA CIVIL MESTRADO EM ENGENHARIA CIVIL

ALEXANDRE DALL’AGNOL

BLOQUEIO DE SINAL ELETROMAGNÉTICO EM CONCRETO CELULAR ALTOCLAVADO

PASSO FUNDO - RS 2019

ALEXANDRE DALL’AGNOL

BLOQUEIO DE SINAL ELETROMAGNÉTICO EM CONCRETO CELULAR ALTOCLAVADO

Dissertação apresentada como requisito parcial para obtenção do título de Mestre em Engenharia Civil, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia Civil da Faculdade IMED

Orientador: Prof. Dr. Rodrigo de Almeida Silva

PASSO FUNDO - RS 2019

CIP – Catalogação na Publicação

D144b DALL’AGNOL, Alexandre Bloqueio de sinal eletromagnético em concreto celular autoclavado /

Alexandre Dall’Agnol. – 2019. 103 f., il.; 30 cm.

Dissertação (Mestrado em Engenharia Civil) – Faculdade IMED, Passo

Fundo, 2019. Orientador: Prof. Dr. Rodrigo de Almeida Silva. 1. Bloqueio de sinal eletromagnético. 2. Concreto celular autoclavado.

3. Rede wireless. I. SILVA, Rodrigo de Almeida, orientador. II. Título.

CDU: 691

Catalogação: Bibliotecária Angela Saadi Machado - CRB 10/1857

ALEXANDRE DALL’AGNOL

Bloqueio de sinal eletromagnético em concreto celular autoclavado

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-Graduação Stricto Sensu – Mestrado em Engenharia Civil da IMED, como requisito para a obtenção do grau de Mestre em Engenharia Civil.

Passo Fundo, 19 de março de 2019.

Prof. Dr. Carlos Costa – IMED – Presidente

Prof. Dr. Richard Thomas Lermen – IMED – Membro

Prof. Dr Rodrigo de Almeida Silva – IMED – Membro

À Deus. Aos meus pais, especialmente minha mãe, “In

Memorian”, que sempre me incentivaram a aprender.

Minha esposa e filhos pela paciência e capacidade de

acreditar em mim.

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador Prof. Dr. Rodrigo de Almeida Silva e ao Prof. Dr. Richard

Thomas Lermen, os quais não pouparam esforços em me proporcionar um ambiente

de conhecimento em inúmeros experimentos com e sem sucessos, mas acima de

tudo sempre me encorajando a encontrar uma resposta.

Em especial ao professor e amigo. Dr. Carlos Costa, pela atenção e esforço

em me ajudar ao longo do mestrado.

Aos colegas e funcionários do laboratório pela atenção e ajuda na preparação

dos materiais para o ensaio.

À IMED por acreditar em mim, mesmo não sendo da área de Engenharia

Civil.

À minha esposa e filhos que me apoiaram a esse desafio.

“O começo de todas as ciências é o espanto de as coisas serem o que são”.

(ARISTÓTOLES, 384BC)

RESUMO

Atualmente, grande parte da comunicação é realizada por meio de sinais

eletromagnéticos, que podem sofrer interferências em ambientes fechados e

construídos com materiais diversos. Dentre esses, o bloco de concreto celular

autoclavado (BCCA), em função de sua capacidade de isolamento térmico e

acústico, de sua resistência ao fogo e de melhores respostas às condições de uso

especificadas pela norma técnica brasileira de desempenho de edificações (NBR

15575). Nessa direção, este estudo objetivou avaliar a interferência do BCCA na

transmissão de ondas eletromagnéticas. Para tanto, conduziu-se uma pesquisa

experimental que partiu da construção de um protótipo de medição automatizado

composto por uma estrutura física e um aplicativo capaz de coletar 81.000

impressões digitais dos sinais emitidos pelos corpos de prova. Ainda, para a

compreensão do material estudado (BCCA) foram realizados ensaios de

caracterização por fluorescência por raios X (FRX), difratometria de raios X (DRX),

microscopia eletrônica por varredura (MEV), opacidade ao raio X, também, o teste

de reconstituição de traço IPT BCCA (Al2O3) e avaliação da emissão do Wi-Fi. Como

principais resultados, obteve-se que o dispositivo elaborado para a medição não

conteve totalmente os sinais eletromagnéticos e necessitou ser tabulado para

determinação do intervalo. Assim, os dados obtidos mostraram que ao aumentar a

massa do corpo de prova o sinal é abatido, mas um corpo de prova específico

chamou atenção: com 12,5 cm manteve um padrão diferenciado dos demais.

Justificativas por ocorrer esse fenômeno foram pesquisadas e comparadas ao

comprimento de onda do sinal transmitido (2,4 GHz) que possuem a mesma medida

de 12,5 cm. As análises morfológicas não evidenciaram a presença de alumínio

metálico nas amostras de BCCA. Concluiu-se que o material utilizado não

apresentou resíduos de alumínio metálico e o abatimento do sinal não ocorreu

especificamente por esse fator, mas sim, por aumento da massa aplicada aos

corpos de prova nas diferentes amostras utilizadas e ao afastamento, o que é

natural em ambientes abertos.

Palavras-chave: Wireless. Concreto celular autoclavado. Wi-Fi. Bloqueio de sinal

eletromagnético.

ABSTRACT

Much of the communication nowadays is conducted by means of electromagnetic

signals, which can be interfered in closed environments constructed by different

materials. Among the materials used in constructions, Aerated Concrete Autoclaved

(BCCA) has been increasingly used due to its thermal and acoustic insulation

capacity, to its fire resistance and better answer to its responses to the conditions of

use specified by the standard of performance (NBR 15575). Therefore, the study

aimed to evaluate the interference of BCCA in the transmission of electromagnetic

waves. Thus, an experimental research was carried out, starting from the building of

an automated measurement prototype composed of a physical structure and a

software capable of collecting 81.000 fingerprints of the signals emitted by the

specimens. In addition, to comprehend the material studied (BCCA), there were

conducted characterization tests, using X-ray fluorescence (XRD), X-ray

diffractometric (XRD), scanning electron microscopy (SEM), X-ray opacity, and also it

was used the test of trace reconstruction, IPT BCCA (Al2O3) as well as the

evaluation of the Wi-Fi emission. As main result, it was obtained that the device

elaborated for the measurement did not fully contain the electromagnetic signals and

needed to be tabulated for interval determination. Thus, the data obtained showed

that by increasing the mass of the specimen the signal is ceased, although a

specimen called attention: with 12.5 cm it maintained a pattern differentiated from the

others. Some justifications for this phenomenon were investigated and compared to

the wavelength of the transmitted signal (2.4 GHz) which has the same measurement

of 12.5 cm. Morphological analyzes did not show the presence of metallic aluminum

in BCCA samples. It was concluded that the material used did not present metallic

aluminum residues and the reduction of the signal did not occur specifically by this

factor, but rather by increasing the mass applied to the test specimens in the different

samples used and the remoteness, which is natural in open environments.

Key-words: Wireless. Aerated concrete autoclaved. Wi-Fi, Electromagnetic signal

shelding.

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 - Microestrutura do pó de Alumínio (a) partículas do tipo RA20 e (b)partículas do tipo RA60 ................................................................................................................... 22 Figura 2 - Difratogramas de raios x de três amostras de Blocos de Concreto Celular Autoclavado .................................................................................................................... 26 Figura 3 - Imagens de Blocos de Concreto Celular Autoclavado e de elétrons retroespalhados, obtidas por microscópico eletrônico de varredura, com aproximação de 1500 vezes ..................................................................................................................... 27 Figura 4 - Imagem ilustrativa (sem escala) dos poros Concreto Celular Autoclavado (CCA), obtida com o software ImageC ........................................................................... 29 Figura 5 - Representação esquemática de uma Onda Eletromagnética (OEM), com os vetores do campo elétrico e magnético e comprimento de onda. ................................... 34 Figura 6 - Ilustração do Espectro eletromagnético de diferentes tipos de Ondas Eletromagnéticas (OEM) e os correspondentes valores de frequência .......................... 34 Figura 7 - Diagrama esquemático da configuração de nível de referência do layout para testes de faixa de ressonância ....................................................................................... 37 Figura 8 - Três tipos de mecanismos de propagação das ondas eletromagnéticas ........ 40 Figura 9 - Experimento de difração de ondas eletromagnéticas por um orifício .............. 41 Figura 10 - Experimento de dispersão da luz por um prisma: ......................................... 41 Figura 11 - Experimento representativo de ondas eletromagnéticas sobre lâmina transparente ................................................................................................................... 42 Figura 12 - Modelo eletrônico tridimensional mostrando a potência do sinal Wi-Fi utilizando software WinProp ........................................................................................... 44 Figura 13 - Mapeamento de sinal Wi-Fi (Impressão Digital) em seus respectivos pontos de referência pré-definidos ............................................................................................. 45 Figura 14 - Etapas do processo de arranjo das cargas para que o interior da Gaiola de Faraday não seja afetado ............................................................................................... 46 Figura 15 - Experimento utilizando um telefone celular dentro da lata metálica ............. 47 Figura 16 - Diagrama esquemático de um laboratório desenvolvido para medição da transmissão de ondas eletromagnéticas em espaço livre ............................................... 48 Figura 17 - Esquema de duas composições para absorção de ondas eletromagnéticas: (a) inclusão esférica com grafite e (b) inclusões cilíndricas de alta proporção em compostos de nanotubos de carbono ............................................................................. 49 Figura 18 - Câmara anecoica com superfície piramidal instalados sobre placas metálicas ....................................................................................................................................... 52 Figura 19 - Configuração do modo de reflexão para a câmara anecoica caracterizando as reações da onda eletromagnética .............................................................................. 52 Figura 20 - Esquema do arco NRL (Naval Research Laboratory) e instrumentado utilizado em medidas no Centro Técncnio Aeroespacial de São José dos Campos-SP . 53 Figura 21 - Configuração para composição do layout para o experimento com medição da penetração e reflexão de micro-ondas em materiais de construção .......................... 55 Figura 22 - Fluxograma das etapas do trabalho experimental ........................................ 58 Figura 23 - Ilustração das dimensões do BCCA ............................................................. 59 Figura 24 - Layout da caixa em fios de nylon ................................................................. 63

Figura 25 - Locação das etiquetas identificadoras para os pontos de medição .............. 64 Figura 26 - Espaço utilizado para a instalação do aparato experimental para medição do sinal Wi-Fi ....................................................................................................................... 65 Figura 27 - Etiqueta fixada junto à estrutura em nylon definindo o local de medição do sinal Wi-Fi ....................................................................................................................... 65 Figura 28 - Medição do sinal Wi-Fi utilizando aplicativo desenvolvido pelo autor ........... 66 Figura 29 - Roteador Wireless utilizado nos experimento com frequência 2.4GHz ........ 66 Figura 30 - Esquema de montagem do dispositivo ......................................................... 67 Figura 31 - Caixa montada com isolamento eletromagnético ......................................... 67 Figura 32 - Revestimento da Caixa mostrando as camadas de revestimento ................ 68 Figura 33 - Posicionamento do dispositivo para leitura do sinal Wi-Fi junto ao layout montado no espaço de medição ..................................................................................... 70 Figura 34 - Tela do aplicativo para leitura do sinal Wi-Fi ................................................ 71 Figura 35 - Informação visual no aplicativo com o posicionamento do dispositivo de leitura .............................................................................................................................. 71 Figura 36 - Esquema para importação dos dados gravados em programa estatístico ... 73 Figura 37 - Análise mineralógica em pó total da amostra coletada no Bloco de Concreto Celular Auto Clavado. ..................................................................................................... 75 Figura 38 - Imagens ampliadas utilizando a Microscopia eletrônica por varredura em Bloco de Concreto Celular Auto Clavado. ....................................................................... 76 Figura 39 - Elementos detectados pela microscopia eletrônica por varredura utilizando a sonda de Espectometria por energia dispersiva (EDS) .................................................. 78 Figura 40 - Determinação de alumínio e silício para Bloco de Concreto Celular Auto Clavado. ......................................................................................................................... 78 Figura 41 - Foto de três amostras representando o resultado do teste de Raios X ........ 79 Figura 42 - Histograma mostrando o nível de cores cinzas utilizando o software ImageJ ....................................................................................................................................... 80 Figura 43 - Leituras de sinal Wi-Fi em função de espessura dos Bloco de Concreto Celular Auto Clavado e afastamento do leitor de sinal Wi-Fi até o transmissor. ............. 81 Figura 44 - Leituras de sinal Wi-Fi em função de Espessura do Bloco de Concreto Celular Auto Clavado e Local da medição conforme etiqueta orientativa ....................... 83 Figura 45 - Leituras de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova totalmente aberto ......... 84 Figura 46 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova totalmente fechado ...... 85 Figura 47 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 7,5 cm .... 86 Figura 48 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 10 cm ..... 87 Figura 49 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 12,5 cm .. 88 Figura 50 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 15 cm ..... 89 Figura 51 - Interação entre os fatores de afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal Wi-Fi) e a Espessura dos Blocos de Concreto Celular Autoclavado na medição do sinal Wi-Fi .............................................................................................. 90

Figura 52 - Interação entre os fatores de Afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal Wi-Fi) e Local na medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) do sinal Wi-Fi ..................................................................................... 90

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 – Composição química de amostras de Blocos de Concreto Celular Autoclavado, obtidas por fluorescência de raio X, por diferentes autores ...................... 24 Tabela 2 - Propriedades físicas do Concreto Celular Autoclavado ................................. 32 Tabela 3 - Especificação das faixas de frequência de ondas eletromagnéticas ............. 35 Tabela 4 - Frequência e comprimento de ondas usadas pelas redes de telefonia móvel do Reino Unido ............................................................................................................... 47 Tabela 5 - Amostras de tecido usadas para medições de blindagem eletromagnéticas . 48 Tabela 6 - Valores da eficácia de blindagem para amostras de tecidos utilizados em um experimento. ................................................................................................................... 48 Tabela 7 – Efetividade de blindagem eletromagnética com relação entre atenuação da radiação (refletividade) e porcentagem de energia absorvida. ....................................... 50 Tabela 8 - Composição dos materiais absorvedores de ondas eletromagnéticas utilizados nos experimentos com arco NRL (Naval Research Laboratory) .................... 53 Tabela 9 – Resultado do experimento em materiais de construção com frequência de 2.4 GHz mostrando o coeficiente de transmissão e reflexão. .............................................. 56 Tabela 10: Definição das siglas para as etiquetas contendo os pontos de medição do Wi-Fi ............................................................................................................................... 64 Tabela 11 – Resultado de elementos químicos majoritários em % em peso dos óxidos em amostras de Bloco de Concreto Celular Autoclavado ............................................... 75 Tabela 12 – Resultados da análise da Variância (ANOVA) para os valores das leituras do sinal da potência absoluta (dbm) da face superior ..................................................... 80 Tabela 13 - Interação entre fatores de Local medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) e Espessura do Bloco de Concreto Celular Auto Clavado na medição do sinal Wi-Fi ................................................................................................... 91 Tabela 14 - Interação entre os fatores de Local medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) e Afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal Wi-Fi) na medição do sinal Wi-Fi .................................................................................... 91

LISTA DE QUADROS

Quadro 1 - Composição química de amostras de cinco regiões de um Bloco de Concreto Celular Autoclavado ....................................................................................................... 28 Quadro 2 – Frequência e classificação do Espectro Eletromagnético e suas respectivas aplicações práticas ........................................................................................................ 38 Quadro 3 - Uso de polímeros condutores intrínsecos em aplicações eletromagnéticas. 50 Quadro 4: Especificações técnicas dos Blocos de Concreto Celular Autoclavado para ensaio ............................................................................................................................. 59 Quadro 5 - Relação dos fatores considerados para a execução do experimento de medição do sinal Wi-Fi ................................................................................................... 69

LISTA DE SIGLAS

ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas NBR Normas Brasileiras de Regulação ARIP Aterros de Resíduos Industriais para Produtos Perigosos BCCA Bloco de concreto celular autoclavado CNC Comando numérico computadorizado DXF Formato de arquivo de intercambio para modelos CAD IEEE Instituto de Engenheiros Eletricistas e Eletrônicos LCD

Painel de cristal líquido MDF Placa de fibra de média densidade NBR Norma Brasileira aprovada pela Associação Brasileira de Normas

Técnicas PVA Poliacetato de vinila SQL Structured Query Language -Linguagem de consulta estruturada

SÍMBOLOS

a Absortância (-) µT Microtesla 0C Centígrado 0F Fahrenheit Btu British Thermal Unit (unidade térmica britânica) cm Centímetro dB Decibéis ft Pés ft2 Pés quadrados g Aceleração da gravidade (m/s2) GHz Giga-hertz Hz Hertz in polegadas (unidade de medida) kg/m3 Quilogramas por metro cúbico kHz Quilohertz kN/m2 Quilo Nilton por metro quadrado kN/m3 Quilo Nilton por metro cúbico kPa Quilo Pascal kW Quilowatts lbf/in2 Libra força por polegada quadrada LBM/ft3 Libra avoirdupois por pés cúbicos MB Megabytes Mbps megabytes por segundo MHz Mega-hertz mK Milikelvin mm/m milímetro por metro MPa Megapascal MW Megawatt mW Miliwatt nm Nanómetro pH representação da escala na qual uma solução neutra é

igual a sete S/m Siemens por metro V/m Volts por metro W/mK Watts por metro kelvin

SUMÁRIO

1. INTRODUÇÃO ................................................................................................ 17

1.2 OBJETIVOS .................................................................................................... 19

1.2.1 Objetivo Geral ................................................................................................ 19

1.2.2 Objetivos Específicos ................................................................................... 19

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA ...................................................................... 20

2.1 BLOCO DE CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO - BCCA ...................... 20

2.2 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS ..................................................................... 33

3. FUNDAMENTAÇÃO METODOLÓGICA ......................................................... 58

3.1.1 Definição, especificações técnicas e caracterização do material e corpos de prova ................................................................................................................... 59

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES .................................................................... 74

4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICO QUÍMICAS DO MATERIAL ESTUDADO (BCCA)

........................................................................................................................ 74

4.2 AVALIAÇÃO DA EMISSÃO DE WI-FI NO DISPOSITIVO DE BLOQUEIO

ELETROMAGNÉTICO .............................................................................................. 80

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS ............................................................................ 93

6. SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS ................................................ 95

REFERÊNCIAS ......................................................................................................... 96

17

1. INTRODUÇÃO

A sociedade tem investido em estudos que visam desenvolver soluções

construtivas eco eficientes, principalmente no que diz respeito ao conforto em

habitações. Atualmente, existem países que consomem 37% da energia produzida

para resfriar ou aquecer as edificações (OKTAY; YUMRUTAŞ; AKPOLAT, 2015).

Assim, a busca por materiais com melhor desempenho térmico e com menor

consumo de energia para produzir um ambiente confortável termicamente, seja pelo

resfriamento ou aquecimento, é uma preocupação constante na indústria da

construção.

Nesse aspecto, os blocos de concreto celular autoclavado (BCCA) - espécie

de material de construção utilizados principalmente em paredes de vedação,

apresentam eficiente isolamento térmico e acústico em função de bolhas de ar no

seu interior, ao atenderem às especificações da NBR 13.438:1995 (ABNT, 1995).

Segundo KOVLER; ROUSSEL (2011), as características isolantes termo acústicas

do BCCA podem superar em até 58,7% a capacidade de isolamento quando

comparadas a materiais convencionais em uma construção. Além disso, outras

características importantes desse material são a resistência ao fogo e uma menor

massa específica, o que reduz as necessidades estruturais das edificações. Logo,

essas qualidades ajudaram a disseminar seu uso em diversos países da Europa e

da América do Norte (KOVLER; ROUSSEL, 2011).

Tais potencialidades são conseguidas tendo em vista que o BCCA é formado

pela aeração de argamassa a partir da reação química entre o alumínio e os

produtos alcalinos derivados da hidratação do cimento, criando microbolhas de gás

hidrogênio (ASH et al., 1998). A transformação incompleta do alumínio metálico em

óxido de alumínio pode deixar pequenas partículas metálicas homogeneamente

distribuídas no material, criando uma barreira física capaz de ocasionar o bloqueio

de sinal eletromagnético. Essa condição pode ser benéfica, por exemplo, em

datacenters e salas de radioterapia, onde não se deseja a propagação do sinal no

ambiente. Por outro, podem ser indesejáveis, como no caso da transmissão de

sinais por wireless e/ou telefones móveis, entre outros equipamentos eletrônicos

e/ou sem fios, tão presentes e necessárias no dia a dia das pessoas (GUAN et al.,

2006; CHO; KIM; HONG, 2017), ocorrendo interferências que prejudicam a

comunicação por tais dispositivos.

18

Em relação a essa condição, sabe-se que, desde 2010, o número de

dispositivos móveis por pessoa em todo o mundo cresceu mais de cinco vezes,

passando de 0,29 para 1,62 em 2016. Atualmente está no patamar de 8,6 bilhões de

dispositivos, mais do que a população do planeta, e projeções indicam que em 2020

atingirá o patamar de 2,1 dispositivos/habitante (KOPPEL ET AL., 2017). Um estudo

conduzido por Koppel et al. (2016) mostra a interface do BCCA com o bloqueio

eletromagnético, evidenciando incertezas em relação à existência de vestígios de

alumínio metálico na composição do BCCA, bem como, quanto ao nível de

atenuação que pode ocorrer em construções com esse tipo de material. Nota-se,

que pouco se conhece sobre a relação do BCCA e a blindagem eletromagnética,

foco deste trabalho.

Assim, diante desse contexto que mostra esse crescimento projetado para o

uso de dispositivos móveis, as dificuldades na qualidade dessa comunicação em

ambientes que fazem uso do BCCA e a necessidade de mais pesquisas que

comprovem suas propriedades, justifica-se a realização desta pesquisa. Essa, se

deu com o objetivo geral de avaliar a interferência do BCCA na transmissão de

ondas eletromagnéticas. Para atingi-lo, definiu-se como objetivos específicos: a)

construir um protótipo automatizado para medir a atenuação de sinal

eletromagnético; b) determinar as características físicas, químicas e morfológicas do

BCCA; c) avaliar o grau de interferência na transmitância eletromagnética no referido

material.

19

1.2 OBJETIVOS

1.2.1 Objetivo Geral

Avaliar a interferência do Bloco de Concreto Celular Autoclavado na

transmissão de ondas eletromagnéticas.

1.2.2 Objetivos Específicos

Construir um protótipo automatizado para medir a atenuação de sinal

eletromagnético.

Determinar as características físicas, químicas e morfológicas do BCCA;

Avaliar o grau de interferência na transmitância eletromagnética em blocos de

Concreto Celular autoclavado.

20

2. FUNDAMENTAÇÃO TEÓRICA

Nesta seção, detalha-se sobre a composição e as propriedades do Concreto

Celular Autoclavado (BCCA) e a transmissão de Wi-Fi em edificações construídas

com materiais convencionais. Nesse aspecto, cabe ressaltar que existe pouca

literatura específica referente ao tema, isto é, com relação ao comportamento da

transmissão, reflexão e absorção de ondas Wi-Fi em construções com BCCA.

Pretende-se, ainda, trazer à luz os principais aspectos relacionados à compreensão

do comportamento da propagação dessas ondas no material em questão.

2.1 BLOCO DE CONCRETO CELULAR AUTOCLAVADO - BCCA

O Concreto Celular Autoclavado (CCA), é um material de construção

disponível no mercado em forma de blocos pré-moldados, pisos e telhados. É

formado por uma argamassa aerada, que contém bolhas de ar homogeneamente

distribuídas, da qual se obtém uma estrutura porosa através de uma reação química

que produz gás hidrogênio (H2) durante a oxidação do alumínio metálico (Beton,

1978; Tabak, 1974).

Assim, a aplicação de materiais eco eficientes colabora com o conceito de

sustentabilidade, tema este que vem sendo mundialmente discutido. Logo, a

sociedade tem concentrado sua atenção cada vez mais na necessidade de reforçar

as políticas que incentivam formas construtivas mais sustentáveis (LIU et al., 2014).

Além disso, materiais que são eco amigáveis podem reduzir o consumo de energia

em sistemas de aquecimento e/ou resfriamento, visando o conforto ambiental.

Um exemplo referente a isso ocorre na Turquia, que gasta 37% de toda sua

energia produzida no conforto térmico das moradias. Para reduzir o custo, é

necessário utilizar materiais que apresentam uma menor transferência térmica. As

propriedades desses materiais são influenciadas pela sua composição, estrutura,

método produtivo do material e a aplicação deste nas edificações (OKTAY;

YUMRUTAŞ; AKPOLAT, 2015). Já no Reino Unido, cerca de 250.000 a 300.000 m³

de concreto celular são consumidos anualmente, principalmente para projetos de

estabilização de minas subterrâneas. No Canadá, estima-se que o mercado para

CCA esteja na ordem de aproximadamente 50.000 m³ (JONES; MCCARTHY, 2005;

M. RÖBLER, 1985), e na Coréia a produção foi de 250.000 m³, cuja utilização deu-

21

se em sistemas de isolamento em pisos (K.H. YANG, K.H. LEE, J.K. SONG, 2014).

Por sua vez, no Oriente Médio, o CCA é utilizado para isolamento térmico e devido a

sua natureza leve, torna-se adequado para reduzir os efeitos dos terremotos e

minimizar os efeitos da temperatura. Já na Holanda, o CCA foi usado como sub-

base de estradas para carga máxima de 14MPa, conforme estabelecido pelo Comitê

de Autoridades e Serviços Públicos Holandês (H. WEIGLER, 1980 apud S.

MINDESS, 2014).

A origem do CCA é dada pelo autor Ash et al. (1998) em meados de 1914.

Contudo, Miherlis, um professor alemão, em 1800, inventou a cura a vapor em alta

pressão para fazer tijolos de areia e cal, técnica semelhantemente aplicada para

produção em larga escala nos CCAs (SHEN, 1990). Assim sendo, as características

dos CCAs permitiram que fossem desenvolvidos materiais reforçados para serem

utilizados em telhados e pisos, principalmente na Europa (ASH et al., 1998).

Portanto, o CCA torna-se uma opção econômica como material de

construção, pois é leve e formado normalmente pela mistura de cimento, areia, cal,

gesso e alumínio em pó (LIU et al., 2017). Após a mistura dos materiais, adiciona-se

o pó de alumínio, responsável pela produção das bolhas de gás hidrogênio, que irá

produzir a estrutura denominada concreto celular. Esse fator se dá quando

misturados, pois, o pó de alumínio reage com o componente alcalino da mistura

produzindo gás hidrogênio e formando uma estrutura porosa e homogênea.

Salienta-se que o CCA é curado durante 10 a 12 horas em autoclave em cerca de

10 atm (1.010 kPa) de pressão. Esse material possui baixa condutividade térmica

(0,66 W/mK) e baixa massa específica (inferior a 1.600 kg/m³) (KOVLER; ROUSSEL,

2011), e seu uso como material construtivo ocorre há mais de 60 anos (ASH et al.,

1998).

Conforme a normatização vigente, o Bloco de Concreto Celular Autoclavado

(BCCA) tem uma formulação semelhante, é descrito como um concreto leve, obtido

por um processo industrial, constituído de materiais calcários (cimento, cal ou

ambos) e materiais ricos em sílica finamente granulados (ABNT, 2013). Essa mistura

é expandida através da utilização de produtos formadores de gases, água e aditivos,

sendo submetidos à pressão e temperatura de vapor saturado.

O elemento essencial na produção dos alvéolos nos BCCAs é o alumínio em

pó, esse metal é também utilizado em várias aplicações, tais como: fundição,

indústria automotiva, indústria alimentícia, próteses e condutores elétricos. Sua

22

produção mundial ultrapassou 49 milhões de toneladas no ano de 2014, sem levar

em conta as mais de 5 milhões de toneladas de escória de alumínio que são

geradas globalmente a cada ano. Parte dos resíduos podem ser transformados em

matéria-prima para cimentos e refratários ou podem ser enviados para aterro de

resíduos perigosos (ARIP). Essa última ação não é adequada, pois pode ocorrer a

geração de gás hidrogênio pela reatividade do pó de alumínio com água, ácidos ou

material alcalino, causando risco de explosões (LIU et al., 2017).

Sendo assim, a destinação final desse material necessita de cuidados

especiais, uma vez que a cinética da formação de gás durante a oxidação do pó de

alumínio depende do tamanho da partícula, da sua área superficial e da sua

dispersão no meio reacional (ASTANKOVA et al., 2008). Para partículas com

diâmetro médio de 22 µm, a reação segue a estequiometria, liberando volume de

gás proporcional, descrito na Equação 1. Já para diâmetros maiores, o volume de

gás é inferior ao estequiométrico, indicando uma reação incompleta. Por seu turno,

para partículas com diâmetro médio de 60 µm, a produção de gás esteve na ordem

de 75%, indicando que 25% da massa do alumínio não reagiu com o hidróxido de

cálcio para produção de gás hidrogênio. As escamas do pó de alumínio aplicadas no

estudo podem ser vistas na Figura 1 (ANTIPINA et al., 2017; ASTANKOVA et al.,

2008).

2Al + Ca(OH)2 + 8H2O CaO.Al2O3. 6H2O + 3H2 Equação 1

Figura 1 - Microestrutura do pó de Alumínio (a) partículas do tipo RA20 e (b)partículas do tipo RA60

Fonte: ANTIPINA et al. (2017, p. 53).

23

Em síntese, o processo de produção do BCCA é realizado pela mistura de

areia, cimento, cal e pó de alumínio (agente expansor), onde são criadas cavidades

esféricas não interligadas produzidas pelo gás gerado pela reação entre o aditivo e a

alcalinidade do meio. Após esse processo, os blocos são moldados e pré-curados.

Finalmente ocorre a cura em autoclave com alta pressão e temperatura. Nessas

condições, são produzidos silicatos de cálcio hidratado (C-S-H) que dão resistência

à compressão elevada ao material, apesar da sua reduzida massa específica

(CARVALHO JÚNIOR, A. N, CHAHUD, 2011).

Sabe-se que diversos autores têm estudado a composição e as propriedades

do concreto celular autoclavado, buscando avaliar as interrelações entre

composição, propriedades e aplicações. Pontua-se, portanto, que sua composição

química basicamente é uma argamassa com excesso de álcalis, acrescida de

alumínio metálico, para proporcionar a produção das cavidades no seu interior. E,

durante a geração das bolhas de gás hidrogênio, o metal alumínio é oxidado a óxido

de alumínio (Al2O3), que é um dos materiais responsáveis pelas características de

resistência mecânica dos materiais cimentícios (CARVALHO JÚNIOR, A. N,

CHAHUD, 2011).

Caracterizações físico-químicas do BCCA

As propriedades físicas e a composição químicas dos Blocos de Concreto

Celular como material construtivo estão sendo avaliadas por diversos autores em

função do elevado desempenho térmico e acústico, que é inversamente proporcional

a sua resistência mecânica e massa específica.

Estudos por FRX mostram que a composição elementar do BCCA apresenta

majoritariamente os materiais óxido de silício (SiO2), óxido de alumínio (Al2O3) e

óxido de cálcio (CaO). Segundo os estudos desenvolvidos por Renman e Renman

(2012), os resíduos de BCCA foram avaliados como elementos filtrantes para

remover fósforo (P) com poluente ambiental em águas residuárias. Schoon et al.

(2013) fizeram um amplo estudo para avaliar a possibilidade de utilizar o resíduo de

BCCA como matéria prima na produção de clínquer de cimento Portland, visto que

os autores relatam que o resíduo apresenta fácil moagem e composição química

compatível com a composição do cimento. Já Kreft (2016) propôs em seu estudo a

24

reciclagem do BCCA como agregado reciclado em função do grande volume gerado

anualmente (3,6 milhões m3), visto que é considerado como Classe 1 e é disposto

em aterros de resíduos municipais, segundo o regramento ambiental da Alemanha.

Por sua vez, os estudiosos (NGUYEN TRONG; ASAMOTO; MATSUI, 2018)

utilizaram a técnica de Fluorescência de Raios X (FRX) para determinar diferença na

composição de três amostras BCCAs e correlacionar os resultados com a retração

do bloco. Os resultados ainda foram apoiados na determinação da composição das

fases e nas isotermas de adsorção. A composição do BCCA determinada por

fluorescência de raios X está demonstrada na Tabela 1.

Tabela 1 – Composição química de amostras de Blocos de Concreto Celular Autoclavado, obtidas por fluorescência de raio X, por diferentes autores

Óxidos Majoritários

(%)

Renman e Renman (2012)

Schoon et al (2013)

Kreft (2016)

(NGUYEN TRONG; ASAMOTO; MATSUI, 2018)

Vietnan 1 Vietnan 2 Japão

SiO2 51,4 53,9 58,8 50,3 51,7 58,9

CaO 26,3 28,5 24,7 27,6 28,3 26,6

Al2O3 1,9 1,9 2,5 3,4 3,1 1,7

Fe2O3 1,1 0,7 1,0 1,7 1,7 0,8

Outros 19,3 16,0 13 17,0 15,2 12,0 Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Os resultados mostrados pelos autores indicam que a composição do BCCA

apresenta mais de 50% de óxido de silício (51 a 59%). Outro componente com

percentual elevado nas amostras é o óxido de cálcio, mantendo-se em um intervalo

de 24 a 28%. Os demais componentes possuem uma quantidade menos

significativa, porém não desprezíveis para as análises deste estudo, visto que o

principal fator é a presença do alumínio metálico no BCCA.

Nos dados demonstrados acima evidencia-se a variedade geográfica e

autoral, o que possibilita a constatação de que a presença de determinado elemento

mantém uma proporção equivalente em relação a essa variação.

Além da composição química, a maioria das propriedades dos materiais é

dada pela composição das suas fases (CALISTER, 2016) que se formam durante os

processos de cura em autoclave no BCCA, pois estas são responsáveis pelo

25

comportamento físico do material. Em função disso, diversos autores vêm se

dedicando à investigação dos minerais formados durantes as reações de cura. A

literatura apresenta uma boa concordância com relação aos produtos da hidratação,

sendo eles majoritariamente tobermorita e calcita, o quartzo aparece em boa

quantidade (BARRETO, 2012) visto que na análise por difração de raios X foram

identificadas as fases mineralógicas características, tais como: tobermorita, quartzo

calcita.

Boggelen (2014) relata que a combinação entre cimento, cal, gesso, areia

finamente dividida e alumínio metálico em pó produz uma mistura que expande

consideravelmente, tendo como produtos finais da hidratação tobermorita ou silicato

de cálcio hidratado. Por sua vez, Ferreira (1987) diz que o processo de autoclave

favorece a formação das estruturas de C-S-H, razão pela qual os BCCAs

apresentam resistência mecânica superior a 1,5 MPa com massa específica de 600

kg/m3 (ABNT 13.438: 2013).

Já Renman e Renman (2012) utilizaram resíduo de concreto celular

autoclavado como leito filtrante na remoção de fósforo em águas residuárias, os

autores utilizaram a difração de raios X. Neste trabalho os autores identificaram a

tobermorita (Ca5Si6O16(OH)2 · 4H2O). Por sua vez, Schonn et al. (2013) utilizaram o

concreto celular autoclavado como matéria prima na produção do clínquer de

cimento Portland. A determinação e quantificação das fases foram feitas pela

metodologia Rietveld, as fases identificadas foram: Alita, Belita β, Belita α, aluminato

cúbico, aluminato ortorrômbico, ferrita (Ca2AlFeO5), cálcio livre, periclásio, arcanito e

aphthitalite (K3Na(SO4)2).

Por seu turno, Kunchariyakun et al. (2014) avaliaram quais as modificações

nas propriedades mecânicas pela adição de cinza da casca de arroz e de um

resíduo industrial contendo alumínio metálico em pó, uma das técnicas utilizadas foi

a identificação das fases que poderiam se formar com a adição dos dois resíduos.

As fases encontradas em todas as amostras foram quartzo e tobermorita,

independentemente das diferentes adições feitas e suas respectivas quantidades.

Em estudo semelhante, Liu et al. (2017) avaliaram a modificação das fases

formadas no concreto celular autoclavado pela adição de um resíduo de alumínio

descrito como “poeira” em substituição do agente gerador de espuma. De forma

geral, os resultados da difração de raios X identificaram as fases de quartzo,

tobermorita e aluminato de cálcio hidratado. Já Trong et al. (2018) aplicaram um

26

estudo tecnológico e utilizaram os conceitos de isotermas de adsorção para

relacionar a troca térmica do material com o ambiente, considerando o calor como

um fluído. Para isso, umas das avaliações de caracterização do material foi através

da DRX, os resultados obtidos foram tobermorita, quartzo e calcita, o que gera

concordância com os demais autores. Figura 2 - Difratogramas de raios x de três amostras de Blocos de Concreto Celular Autoclavado

Fonte: Trong et al. (2014, p. 137).

A microscopia eletrônica de varredura (MEV) realizada por meio de radiação

com comprimento de onda menor que a luz visível (NARAYANAN; RAMAMURTHY,

2000) produz imagens com ótima resolução, com aumentos que podem variar de 50

a 10.000 vezes o tamanho do material, revelando detalhes importantes das

estruturas e morfologia. Os concretos celulares são um tipo de material com baixa

densidade (ao redor de 500 kg/m3) e elevada resistência à passagem de som e

calor, devido aos poros internos formados no processo de produção.

Uma das questões mais importantes com relação a isso é a sua resistência

mecânica elevada, considerando sua baixa massa específica. Isto é, a elevada

resistência mecânica pode estar relacionada à formação da fase tobermorita. Em um

estudo realizado por Kikuma et al. (2009) avaliou-se a formação de tobermorita em

condições hidrotérmicas para concreto autoclavado.

27

O autor ainda relata que em condições hidrotérmicas a fase formada não

cristalina C-S-H pode se converter em tobermorita por duas rotas, as quais foram

confirmadas por análise em situ com radiação Synchrotron. Uma das formas é

através da fase não cristalina C-H-S (silicato de cálcio hidradatado), que é conhecida

como um dos principais intermediários para a formação da tobermorita. A outra

forma pode ocorrer com origem no cálcio contido no Hydroxylellestadite

[Ca10(SiO4)3(SO4)3(OH)2], que é um possível intermediário para tobermorita.

Comumente, o concreto celular é produzido por rota hidrotérmica, no qual ocorre as

misturas de areia, cal, cimento, gesso e alumínio metálico em pó. Durante o

processo de cura acontece a formação da tobermorita (5CaO•6SiO2•5H2O), que é o

principal componente do concreto celular autoclavado.

Além da morfologia, o MEV ainda permite a quantificação quantitativa em uma

região pontual da amostra, utilizando uma sonda com (EDS) onde sugere, de forma

simplificada, a composição química da região avaliada.

Figura 3 - Imagens de Blocos de Concreto Celular Autoclavado e de elétrons retroespalhados, obtidas por microscópico eletrônico de varredura, com aproximação de 1500 vezes

Fonte: BARRETO (2012, p. 53).

Segundo Barreto (2012), que avaliou uma amostra de BBCA (Figura 3), na

área 1 ocorre a predominância de sílica (SiO2) na proporção de quase 54% e óxido

de cálcio (CaO) na proporção de quase 40%. Além disso, percebem-se traços de

alumina (Al2O3) e óxido férrico (Fe2O3). Já na área 2, sugere uma predominância de

28

sílica (SiO2) na proporção de 52% e óxido de cálcio (CaO) na proporção de quase

44%, com a presença de traços de alumina (Al2O3) e óxido ferroso (Fe2O3). O

Quadro 1 descreve a composição analisada em 5 regiões da Figura 3.

Na área 3, os dados obtidos pela análise com EDS, sugere uma

predominância de óxido ferroso (Fe2O3) na proporção de 73,5% e sílica (SiO2) na

proporção de quase 14%, além do óxido de cálcio (CaO) na proporção de quase 9%

e com a presença de traços de alumina (Al2O3).

Quadro 1 - Composição química de amostras de cinco regiões de um Bloco de Concreto Celular Autoclavado Amostra (SiO2) % (CaO2) % (Al2O3). (Fe2O3)

A1 54,0 40,0 Traços Traços

A2 52,0 44,0 Traços Traços

A3 14,0 9,0 Traços 73,5%

A4 58,0 19,0 17,0% Traços

A5 75,0 21,0 Traços Traços

Observação: quando referenciado “Traços”, é referente à vestígios sem percentual significante. Fonte: BARRETO (2012, p. 53).

Para silva Junior, (2011) com o uso de EDS, presente no MEV, foram

encontrados os componentes químicos em sua amostra e demonstrou que o

percentual de alumínio é o mais relevante com relação às variações de densidade,

resistência à compressão e coeficiente de condutividade térmica do CCA. Através

dos resultados obtidos foi possível afirmar que o pó de alumínio (Al %) é

responsável por 79% da variação gerada na variável resposta densidade, 67% da

variação gerada na variável resposta resistência à compressão mecânica e por 72%

da variação gerada na variável resposta condutividade térmica.

Ainda, por aplicação do MEV, o autor BOHNER; ÖDEEN, 1999 verificou o

estado de carbonatação de BCCA com idades entre 5 e 33 anos, testados em

campo e em laboratório em condições aceleradas. Com isso foi possível verificar o

arranjo geométrico dos poros no qual constatou-se a diminuição do volume dos

poros durante a carbonatação causada pela deposição de carbonato de cálcio.

Para mais, como o BCCA é um concreto leve significa que ele possui uma

composição esponjosa com vazios em seu interior. Para realizar a medição desses

poros um software de cálculo numérico que analisa imagens do CCA foi utilizado

para determinação dos poros macros que estão entre 0,5 e 2,0 mm. Segundo Wan

29

et al. (2018), esse método é adequado devido ao uso de câmeras e software que

são capazes de calcular a distribuição do tamanho dos poros na amostra que, nesse

caso, utilizou um modelo de 100 x 100 mm (WAN et al., 2018).

Segundo os autores kadashevich; schneider; stoyan, 2005, o BCCA possui

uma microestrutura que compreende entre 60% e 90% do seu volume composto por

poros classificados como micro e macro capilares e vazios de ar com diâmetro entre

100 nm e 4 nm. A distribuição resultante não é uma distribuição padrão clássica,

mas requer uma mistura de três componentes, um deles é gaussiano, e consiste em

esferas que são parcialmente penetráveis com núcleos duros formando uma

embalagem aleatória de esferas duras.

Para determinação das dimensões dos poros do BCCA é utilizado um

contraste suficiente para captar as medidas necessárias dos poros, sendo um

branco para o interior dos poros e um preto para a matriz (Figura 4). Os autores

mostram que os poros possuem parâmetros suficientes para serem adaptados a um

amplo espectro de tipos de Concreto Celular Autoclavado (CCA), possibilitando

estudos em propriedades a granel de alta precisão (resistência, tenacidade,

transferência de calor e outros).

Figura 4 - Imagem ilustrativa (sem escala) dos poros Concreto Celular Autoclavado (CCA), obtida com o software ImageC

Fonte: KADASHEVICH; SCHNEIDER; STOYAN (2005, p. 1497)

De mais a mais, estudos mostram que concretos aerados apresentam uma

microestrutura semelhante a células, ou seja, orifícios de ar em formato esférico

interligados que proporcionam uma barreira causada pelo ar contido em seu interior,

o que proporciona alto índice de absorção acústica (DIJK, 1991;W.H. TAYLOR,

1965; EN12350-6, 2009). O coeficiente de absorção sonora de 0,25 foi

determinando em BCCA com massa específica entre 500 e 600 kg/m3; estes valores

30

foram comparados com materiais cimentícios e concreto asfáltico que continham um

agregado leve de sílica e alumínio denominado “cenosphere” originário da

combustão do carvão que contém bolhas de ar em sua composição (LAUKAITIS;

FIKS, 2006). Ressalta-se que, normalmente, as características de isolamento

acústico se devem à presença de compostos porosos como espuma, escória e

gesso na composição dos materiais de construção (VORONINA, 1997).

De acordo com os experimentos dos autores Laukaitis e Fiks (2006) foram

analisadas as propriedades acústicas do BCCA de três tipologias: concreto de

cimento gasoso, concreto de cimento gasoso com aglutinante combinado (cimento

Portland e cal) e concreto de cimento espumado. A avaliação das qualidades

acústicas de AAC baseia-se na permeabilidade e porosidade do ar do material com

a utilização de um interferômetro acústico. Os resultados do experimento mostram

que equações de regressão para os tipos de BCCAs, cuja densidade varia de 250 a

500 kg/m3, podem ser usadas para estimar os valores de coeficiente de absorção de

materiais normais, que dependem da permeabilidade e porosidade do ar.

Como a frequência sonora refletida depende basicamente da rigidez do

material, a resistência ao som da parede sólida depende de sua espessura e de sua

massa específica (LAUKAITIS et al., 2010). Assim, em um muro rígido a frequência

do som pode ser transmitida em até 3% acima da transmissão no concreto

convencional, que, por sua vez, absorve o som a taxas de 10 vezes maiores em

comparação ao concreto denso (KOVLER; ROUSSEL, 2011).

Outros estudos mostram que o coeficiente de absorção do som do BCCA foi

relatado como 0,00, 0,15, 0,25, 0,20, 0,20 e 0,20 para frequências (Hz) de 125, 250,

500, 1000, 2000 e 4000, respectivamente. Entretanto, caso o BCCA seja pintado ou

revestido, a eficácia do isolamento é reduzida (IRONMAN, 1977).

A condutividade térmica do BCCA é de 0,66 W/mK com massa específica de

1600 kg/m³, enquanto o concreto normal possui uma condutividade térmica de 1,6

W/mK a 2200 kg/m³, ou seja, o concreto celular apresenta cerca de 60% da

capacidade de transmissão de calor em relação ao concreto normal. Isso porque há

uma correlação entre a densidade e a condutividade térmica, ou seja, na medida em

que aumenta a densidade há o aumento proporcional da condutividade (KOVLER;

ROUSSEL, 2011). Outros estudos revelam que as composições também afetam a

relação citada anteriormente (agregados, aditivos etc.) (KOVLER; ROUSSEL, 2011).

31

Além disso, a baixa condutividade térmica do BCCA deve-se a poros cheios

de ar, dependendo, assim, de sua densidade. Outros fatores como teor de umidade,

nível de temperatura, poros, estrutura e matérias-primas também afetam a

condutividade térmica, que nos BCCAs está na ordem de 0,55 Btu para uma massa

específica de 800 kg/m3. A condutividade térmica aumenta proporcionalmente ao

teor de umidade, sendo que esta relação é linear para conteúdo de umidade de até

20% em massa (BETON, 1978).

Em relação à resistência ao fogo, obedece a uma relação entre diminuição da

densidade e aumento da resistência ao fogo. O concreto celular tem uma

capacidade de resistência ao fogo superior ao concreto normal em razão de sua

baixa condutividade térmica. Estudos mostram que em comparação à mesma

espessura o uso do BCCA aumentou a resistência ao fogo entre 30 a 40% em

relação ao concreto normal (SHRIVASTAVA, 1977). Nesse mesmo aspecto, o valor

do calor específico para o BCCA é 1.0 - 1.1 kJ/kg oC para material de normal teor de

umidade (2-3% em volume ou 4 – 6% em peso) (BETON, 1978).

Quanto à resistência à compressão para os BCCAs sabe-se que é

proporcional à densidade; para amostras cúbicas com densidade seca de 400 kg/m3

foram encontradas resistências à compressão na ordem de 2 MPa e para

densidades na ordem de 700 kg/m3 a resistência à compressão esteve na ordem de

6 MPa (Ironman, 1977; Central Building Research Institute, 1970). Na Tabela 2 é

mostrado um comparativo das propriedades do CCA em relação à densidade seca.

32

Tabela 2 - Propriedades físicas do Concreto Celular Autoclavado

Densidade seca (kg/m3) Resistência à compressão

(MPa)

Módulo de elasticidade

estático (kN/mm2)

Condutividade térmica (W/m°C)

400 1,3 - 2,8 0,18 – 1,17 0,07 – 0,11

500 2,0 - 4,4 1,24 – 1,84 0,08 – 0,13

600 2,8 – 6,3 1,76 – 2,64 0,11 – 0,17

700 3,9 – 8,5 2,42 – 3,58 0,13 – 0,21

Fonte: CENTRAL BUILDING RESEARCH INSTITUTE (1970, p. 1).

Para mais, JERMAN et al., 2013 listam em seu estudo um conjunto de

propriedades em três amostras de diferentes densidades ( P1.8-350, P2-350 e P4-

500, sendo que o primeiro número é a resistência à compressão em MPa e o

segundo a densidade em kg/m³), são medidas físicas básicas juntamente com a

durabilidade do CCA. Os resultados experimentais mostram que a condutividade

térmica pode ser até seis vezes maior no estado de saturação capilar de água do

que em condições secas. A condutividade térmica é encontrada para aumentar em

até 50% quando a temperatura é aumentada de 2 0C para 40 0C. A resistência ao

congelamento/descongelamento de amostras saturadas capilares é considerada

satisfatória até 25 ciclos e aumenta com força. Já o teor de umidade menor que 10%

em volume AAC na faixa de resistência à compressão 1.8–4 MPa pode resistir com

sucesso a 50 ciclos.

Além do mais, o experimento realizado por Ferretti; Michelini e Rosati (2015)

tiveram como principal objetivo a caracterização mecânica de BCCA com rejuntes

sujeitos a carregamento no plano. Realizou-se em vigas de alvenaria submetidas a

painéis de alvenaria e de flexão submetidos a cargas biaxiais. Assim, os resultados

obtidos evidenciaram um comportamento quase isotrópico do material com seus

dados coletados aplicados para calibrar um macro modelo numérico bem conhecido

disponível na literatura técnica para a análise de estruturas clássicas de alvenaria. A

eficácia do procedimento proposto foi simulada através de análise de elementos

finitos não-lineares em um comportamento experimental de uma parede em BCCA

em grande escala.

Estudos também dão conta da medição da transmissão e da blindagem de

materiais convencionais na construção civil, entre eles está o BCCA. Os testes

mostraram os níveis de transmissão, refração e absorção de campos elétricos de

rádio frequência. Foram investigados materiais que compõem uma parede com 25

33

cm de espessura com eficiência de blindagem eletromagnética de entre 0,31 a 22

dB e frequências de 1 a 5 GHz. À medida que se incrementou a frequência, a

eficácia da blindagem eletromagnética aumentou rapidamente até chegar ao limite

suportado deste estudo, ou seja, a uma frequência de 10 dB. Portanto, esse estudo

conclui que a eficácia da blindagem não depende apenas da permeabilidade e/ou

permissividade do material, mas também das dimensões do material.

As propriedades listadas anteriormente geram um conteúdo informativo capaz

produzir uma completa caracterização do BCCA utilizado como material construtivo

em paredes de vedação. Contudo, poucos estudos dão informações conclusivas

com relação à quantidade de alumínio metálico não reagido nas amostras, bem

como o comportamento do material em relação à blindagem eletromagnética.

Ressalta-se que essa informação pode ou não influenciar nas propriedades físicas

do material construtivo de forma positiva ou negativa, que dependerá da

aplicabilidade do produto final.

Nas caracterizações descritas os autores reiteram as evidências em que a

difração de raios X é uma técnica primordial na detecção das fases majoritárias das

amostras, visto que identificam o composto tobermorita que é advindo da

hidrotérmica dos componentes da mistura. Em relação à técnica de FRX, detectou-

se que os compostos predominantes são SiO2, CaO, Al2O3 e Fe2O3. A microanálise

do material realizada pela microscopia eletrônica de varredura (MEV) acoplado ao

EDS confirma a evidência dos principais constituintes químicos dos BCCA. Contudo,

poucos estudos relatam as propriedades de blindagem eletromagnéticas desse

material, que está sendo utilizado amplamente na indústria da construção civil.

2.2 ONDAS ELETROMAGNÉTICAS

Ondas eletromagnéticas (OEM) são produzidas pela vibração de campos

elétricos e magnéticos que se propagam no espaço com a velocidade da luz. O

conjunto de todas as ondas eletromagnéticas recebe o nome de espectro

eletromagnético. A Figura 5 mostra a projeção de uma OEM onde pode ser visto seu

comprimento (λ) bem como seu espectro representado pela Figura 6

(CAVALCANTE; TAVOLARO, 2001). Para a região de campo distante no espaço

livre, esses campos encontram-se perpendiculares entre si e em direção de

propagação. A taxa com que as ondas eletromagnéticas se alteram é definida pela

34

frequência, isto é, pela unidade de medida ligada a um fenômeno periódico que se

repete num dado intervalo de tempo. As faixas de frequência são definidas conforme

a Tabela 3 (SALLES, 2011).

Figura 5 - Representação esquemática de uma Onda Eletromagnética (OEM), com os vetores do campo elétrico e magnético e comprimento de onda.

Fonte: CAVALCANTE; TAVOLARO (2001, p. 374).

Figura 6 – Ilustração do Espectro eletromagnético de diferentes tipos de Ondas Eletromagnéticas (OEM) e os correspondentes valores de frequência

Fonte: CAVALCANTE; TAVOLARO (2001, p. 375).

As ondas eletromagnéticas são caracterizadas pelos seguintes parâmetros:

• Frequência: f [Hz];

• Densidade de potência: S [W/m2];

• Comprimento de onda: λ [m]

• Intensidade do campo elétrico E: [V/m]

• Intensidade do campo magnético H: [A/m]

• Polarização elétrica (direção do campo elétrico).

35

Todas as ondas eletromagnéticas, independentemente de sua frequência,

propagam-se no vácuo com a mesma velocidade de c = 299 792 458 m/s ou ≅

3x108 m/s (CHENG, 1989).

Para se determinar o comprimento de onda eletromagnética, usa a Equação

02 (CRISTINA et al., 2001).

λ = 𝐶𝐶

𝑓𝑓

Tabela 3 - Especificação das faixas de frequência de ondas eletromagnéticas Sigla Descrição Faixa de Frequência ULF Frequência Ultrabaixa Menor que 3 Hz

ELF Frequência Extra Baixa 3 – 3000 Hz

VLF Frequência Muito Baixa 3 – 30 KHz

LF Baixa Frequência 30 – 300 KHz

MF Média Frequência 0,3 – 3 MHz

HF Alta Frequência 3 – 30 MHz

VHF Frequência Muito Alta 30 – 300 MHz

UHF Frequência Ultra Alta 0,3 – 3 GHz

SHF Frequência Super Alta 3 – 30 GHz

EHF Frequência Extremamente Alta 30 – 300 GHz

Fonte: RODRIGUES (2009, p. 44).

A frequência é um dos principais fatores que caracterizam as ondas

eletromagnéticas, as quais, irradiadas por equipamentos, podem causar

interferência eletromagnética, comprometendo o funcionamento de outros

equipamentos e podendo, inclusive, provocar danos irreparáveis. Uma forma de

evitar esse tipo de interferência é através da produção de blindagem das ondas

eletromagnéticas (OEM), realizada por materiais que apresentam absorção de OEM,

característica importante para baixa frequência, bem como apresentar índice de

reflexão de OEM, característica especialmente importante para alta frequência.

Destaca-se que os materiais ferromagnéticos são os mais utilizados em ambos os

casos. Logo, para testar a eficiência dessas blindagens, deve-se adotar um

procedimento para medição do campo OEM, validado para diversas frequências, por

meio de medições laboratoriais.

Equação 02

36

Esses procedimentos também podem ser utilizados para avaliar se os níveis

de irradiações observados em locais de trabalho estão em conformidade com

normativas regulatórias, como a do IEEE Std 299™, ou se estão compatíveis com os

níveis adequados de exposição que não danifiquem equipamentos sensíveis a OEM

(SALLES, 2011).

Para a quantificação das OEM podem ser adotados parâmetros

internacionais como a IEEE - Instituto de engenheiros eletricistas e eletrônicos -

como a Std 299™ (IEEE299, 2006), que segue a regulação da Standard Method for

Measuring the Effectiveness of Electromagnetic Shielding Enclosures. Esta verifica

quais procedimentos são seguros e padronizados para se obter resultados

coerentes e reprodutíveis com relação às medições eletromagnéticas (IEEE299,

2006).

Para entender o comportamento das OEM em ambientes limitados por

sistemas construtivos, o Comitê de Desenvolvimento de Padrões da Sociedade de

Compatibilidade Eletromagnética IEEE estabeleceu requisitos e dimensões para

teste em ambientes blindados, com todas as dimensões maiores ou iguais a 2 m.

Em resumo, as medições de blindagem eletromagnéticas são normatizadas para

recintos maiores que 2 m, sendo que para recintos menores não existem normas

conhecidas até o momento. A Figura 7 mostra um exemplo de esquema para

medições conforme documentado na IEEE Std 299™.

37

Figura 7 - Diagrama esquemático da configuração de nível de referência do layout para testes de faixa de ressonância

Fonte: IEEE299 (2006, p. 12).

Os procedimentos e as técnicas de medição são fornecidos para determinar a

eficácia dos invólucros de blindagem eletromagnética em frequências de 9 kHz a 18

GHz (extensível para 50 Hz e 100 GHz, respectivamente) para ambientes tendo

dimensões iguais ou maiores a 2,0 m. Os tipos de invólucros não se limitam à

blindagem com única camada, pois são estruturas de blindagem de vários materiais

com diversos métodos construtivos. Os materiais utilizados devem estar de acordo

com o tamanho da onda a ser bloqueada (SEYFI, 2013).

A banda de frequência de classificação do espectro eletromagnético é dada

no Quadro 2 e inclui a radiação eletromagnética (OEM). Nota-se, portanto, que as

aplicações contendo radiação OEM são utilizadas para terapia de câncer,

diagnóstico médico, esterilização, visão noturna, radar, comunicação via satélite,

wireless internet, comunicação celular (2G e 3G), TV, radiodifusão, navegação,

controle de tráfego aéreo, comunicação submarina e detecção de objetos metálicos.

A potência dos transmissores de transmissão está entre 500 kW e 2 MW (SEYFI,

2013).

38

Quadro 2 – Frequência e classificação do Espectro Eletromagnético e suas respectivas aplicações práticas

Fonte: Adaptado de SEYFI (2013, p. 3003).

De mais a mais, o uso de interface de ondas de rádio Wi-Fi está se tornando

cada vez mais comum e apresenta contínua aceitação pública. Entre elas está o

padrão IEEE 802.11, que também é conhecido como rede Wi-Fi, com taxas de

transmissão mais altas, em que a interface de ondas de rádio opera em 802.11g, é

capaz de suportar duas camadas e é transmitido na banda de 2,4GHz (VASSIS;

KORMENTZAS, 2005).

Com uma popularidade devido a fácil instalação, esse tipo de rede consiste

na conexão em um ponto de acesso central que permite a captação do sinal por

diversos sistemas. Portanto, o padrão IEEE 802.11 define vários mecanismos de

controle de acesso, sendo o mais utilizado a Função de Coordenação Distribuída

Frequência (Hz) Classificação Aplicações

1024 Raio- ɣ Tratamento do Câncer

1021 Raio-X Diagnóstico médico e esterilização

1018 Ultravioleta Tratamento de água

1015 Luz visível

Luz noturna Infravermelho

1012 Ondas mm

Radar EHF (30 – 300 GHz)

109

SHF (3 – 30 GHz) Radar e satélites de comunicação

UHF (300 – 3000

MHz)

Radar, wireless internet, Comunicação

2Ge 3G de celulares, DECT.

VHF (30 – 300 MHz)

Transmissão de TV, Transmissão de FM,

rádio de polícia, controle de tráfego

aéreo.

HF (3 – 30 MHz) Ondas curtas de rádio.

106

MF (300 – 3000

KHz)

Transmissão de AM, rádio marítimo e

navegação.

LF (30 – 300 KHz) Navegação.

VLF (3 – 30 KHz)

103 ULF (300 – 3000 Hz) Comunicação segura.

60

SLF (30 – 300 Hz) Comunicação submarina.

ELF (3 – 30 Hz) Detecção de objetos metálicos

enterrados.

39

(DCF). O protocolo DCF determina que o tempo em cada estação seja dividido em

slots de comprimento fixo com duração de microssegundos chamado janela de

contenção, ou seja, é uma função de coordenação usada para decidir quando uma

estação tem permissão para transmitir (KRITZINGER et al., 2010).

Esse tipo de transmissão de dados é utilizado em corporações, já que estes

espaços geralmente são fisicamente mais complexos, isto é, os sinais Wi-Fi

enfrentam barreiras físicas devido à distribuição de vários objetos (móveis,

equipamentos, vasos, quadros, etc.) que podem espalhar, difratar, refletir e absorver

radiação. O ambiente interno também depende de vários fatores, pois nele pessoas

estão em movimento e objetos podem alterar o comportamento linear, em outras

palavras, podem modificar propriedades de refração, transmissão e absorção das

ondas EM.

Portanto, um fato que deve ser levado em conta é como ocorre à propagação,

ou seja, quando OEM é emitida pelo emissor ela pode encontrar objetos que irão

mudar sua direção por obstrução física, absorção ou reflexão, resultando na

ampliação, redução ou até mesmo impedindo completamente a recepção do sinal

(ALI et al., 2010).

Destaca-se que a propagação de sinal é um termo usado para explicar como

as ondas se comportam quando são propagadas de um ponto para outro. Quando a

propagação do sinal ocorre precisa-se considerar o mecanismo de propagação, que

é o caminho adicional além do caminho da linha de visada (linha imaginária que une

dois objetos sem interceptar obstáculos de modo que uma pessoa na posição de um

dos objetos possa ver o outro) entre ponto de acesso (PA) e antena móvel (AM).

Esse tipo de propagação é chamado de propagação do sinal multipath (HIDAYAB;

ALI; AZMI, 2009).

Visto isso, ressalta-se que a reflexão, o espalhamento e a difração são os

tipos de mecanismos de propagação encontrados nos sinais de transmissão.

Conforme observa-se na Figura 8 (ALI et al., 2010).

40

Figura 8 - Três tipos de mecanismos de propagação das ondas eletromagnéticas

Fonte: ALI et al. (2010, p. 117).

A seguir serão listadas as propriedades dos mecanismos de propagação das

ondas eletromagnéticas:

Reflexão: ocorre quando a onda transmitida encontra um objeto de grande

dimensão em relação ao seu comprimento de onda. São exemplos disso: edifícios,

grandes paredes, árvores e até mesmo a superfície terrestre. Assim, parte da

energia será absorvida na obstrução e a energia remanescente será refletida para o

meio ambiente (HIDAYAB; ALI; AZMI, 2009).

Dispersão: a dispersão ocorre quando a transmissão da onda encontra uma

grande quantidade de objetos de pequena dimensão, tais como postes de luz,

arbustos e árvores. Portanto, a energia refletida em uma situação de dispersão é

espalhada em todas as direções antes de alcançar o receptor.

Difração: ocorre quando a superfície de obstrução tem bordas afiadas (ou

uma protuberância pontiaguda em um objeto ou construção), produzindo ondas

secundárias que de fato se dobram em torno da obstrução. Assim como o reflexo, a

difração é afetada pelas propriedades físicas da obstrução e as características da

onda incidente. Ondas difratadas podem ter força suficiente para produzir um sinal

útil (HIDAYAB; ALI; AZMI, 2009).

Desse modo, pode ser feita uma análise conceitual qualitativa sobre a

interferência construtiva e destrutiva quando é tomada como referência a difração e

a dispersão de ondas eletromagnéticas ao utilizar-se das equações de Maxwell e

equação de ondas, as quais não serão abordadas neste estudo. A Figura 9 ilustra o

fenômeno da difração que está relacionado à superposição e interferência de ondas

41

planas uniformes propagando-se em diferentes direções no espaço. Já a dispersão,

ilustrada na Figura 10, corresponde à superposição de ondas monocromáticas de

diferentes frequências. Assim, a difração está associada à característica de natureza

espacial da onda, enquanto que a dispersão é, inerentemente, um fenômeno de

natureza temporal (DARTORA et al., 2011).

Figura 9 - Experimento de difração de ondas eletromagnéticas por um orifício

Fonte: DARTORA et al. (2009, p. 1307-2).

Figura 10- Experimento de dispersão da luz por um prisma: a luz branca incide inicialmente formando um ângulo reto com a interface ar/prisma.

Fonte: DARTORA et al. (2009, p. 1307-2).

Ao mesmo exemplo das ondas mecânicas, as OEM refletem, refratam,

interferem entre si e difratam da mesma forma que a luz se comporta. O autor

cavalcante e Tavolaro (2001) exemplifica na Figura 11 o encontro de duas ou mais

OEM através de um experimento simples com desenho das ondas sobre lâminas

transparentes. A sobreposição destas ondas se reforça em alguns pontos e se

anulam em outros. Esses fenômenos são chamados de interferência destrutiva e

interferência construtiva.

42

Figura 11- Experimento representativo de ondas eletromagnéticas sobre lâmina transparente

Fonte: CAVALCANTE; TAVOLARO (2001, p. 375).

Transmissão de dados por Wi-Fi

A rede Wi-Fi também é conhecida pelo seu nome formal de rede IEEE

802.11, desenvolvido pelo Instituto de Engenheiros Elétricos e Eletrônicos (IEEE).

Ela permite conectar dispositivos móveis portáteis uns aos outros através do ar

utilizando protocolos de internet como se estivessem conectados a um cabo físico.

A tecnologia Wi-Fi se tornou a mais importante transmissão sem fio devido à

capacidade de transmitir dados e voz. O termo Wi-Fi é originário de uma marca

comercial sem fins lucrativos, a Wi-Fi Aliance, ressalta-se que essa marca é

composta por quase todos os fornecedores dos equipamentos IEEE 802.11.

Além disso, a origem do Wi-Fi se deu quando a internet deixou de estar

presente somente em redes corporativas e o usuário doméstico começou a utilizá-la

em sua casa, isto é, exigiu-se uma solução mais simples do que a de se arrastar

cabos para todo lado.

Atualmente, devido à popularização da internet, dificilmente alguma sala de

estar não esteja equipada com uma TV ligada ao Wi-Fi. Isso estendeu-se aos

estádios, hotéis e restaurantes, visto que todos possuem acessos gratuitos para

deixar seus clientes on-line. Nas organizações, os setores de TI criaram inúmeros

pontos de acesso em todos escritórios tornando a infraestrutura mais viável e

econômica.

Contudo, inicialmente o Wi-Fi era considerado apenas uma rede de dados

devido à má imagem que as redes de telefonia passavam (sinal de estática e

interferência). Todavia, com a popularização dos dispositivos móveis as pessoas

começaram a navegar na internet, verificar e-mail e assim a rede Wi-Fi decolou.

43

Para mais, sabem-se que ela é constituída por um ponto de acesso e um

cliente, ambos utilizam o mesmo tipo de rádio, mas em papéis diferentes. O ponto

de acesso fornece à rede uma estação base e o cliente conecta-se à rede para obter

acesso. Tanto o ponto de acesso quanto os clientes foram projetados para

transmitirem a uma potência que consigam captar os sinais, mas ao mesmo tempo

em que estejam limitados a uma distância que não interfiram em outras redes.

Aliás, a capacidade de transmitir sinais de rádio pelo ar é rigidamente

controlada por órgãos governamentais, geralmente federais, que determinam quem

poderá transmitir. As licenças são concedidas através de pagamentos em dinheiro e

são dificilmente concedidas.

Segundo Epstein (2009), um ponto de acesso não consegue cobrir um prédio

todo, por isso é necessária a aplicação em infraestrutura e instalação dos pontos de

acesso todos de uma só vez e que sejam do mesmo fabricante. Outro fator

importante é que uma rede Wi-Fi não ocupa todo espectro não licenciado, mas

subdivide-se em canais que informam em qual banda estão operando (EPSTEIN,

2009).

Ademais, a intensidade de sinal transmitida por dispositivos Wi-Fi pode ser

avaliada por softwares específicos, identificando os locais onde possa haver

interferências na transmissão de sinal. Um exemplo dessa aplicação é a disposição

de um transmissor Wi-Fi em uma construção, obtendo-se as medições em modelo

3D para todos os pavimentos e dispostas de forma gráfica através de softwares. A

Figura 12 mostra uma abordagem realizada com o software WinProp capaz de

mapear a intensidade do sinal em cada pavimento da construção (MADEJ, 2006).

Atualmente os próprios fabricantes de roteadores Wi-Fi disponibilizam aplicativos

aos seus clientes para um melhor rendimento de seus produtos.

44

Figura 12- Modelo eletrônico tridimensional mostrando a potência do sinal Wi-Fi utilizando software WinProp

Fonte: MADEJ (2006, p. 17).

A grande maioria de aplicações desenvolvidas para medições e simulações

em ambientes fechados utilizam-se do Indicador de força do sinal recebido (RSSI),

que é uma magnitude da força de referência do sinal de rádio recebida por um

terminal sem fio. Tradicionalmente, tem sido usado para implementar serviços sem

fio, porém se tornou volátil devido à grande variabilidade a longo prazo, tornando

sua estimativa de alta precisão cada vez mais difícil. (SANTANA et al., 2017)

também comenta em seu estudo que todo terminal sem fio tem sua própria maneira

de fornecer RSSI e que um sinal de rádio gerado sempre reverte para sua média, ou

seja, sua estabilidade a longo prazo pode ser estimada.

Segundo Yu et al. (2014a) a Força de Sinal Recebida (RSS) é um recurso

muito escolhido para medição interna para localização Wi-Fi devido ao seu baixo

custo e por não haver a necessidade de hardwares adicionais. Na maioria das vezes

se faz o uso do algoritmo de impressão digital como esquema básico de localização.

O autor mostra que a variação do sinal é afetada pela distância do ponto de acesso

que causa um menor RSS, mas outros fatores podem afetar um sinal fazendo com

que ele diminua. Essas condições podem ser causadas por interferências como a

reflexão. Portanto, a impressão digital é sensível à mudança do ambiente, como um

objeto se movendo para dentro do prédio, difração e reflexão do sinal.

O sinal Wi-Fi de 2.4 GHz como um espectro não licenciado significa que tanto

os equipamentos quanto os aplicativos, além de outras redes Wi-Fi, podem

livremente utilizar este espectro, ocasionando interferências e ruídos. Dentre os

45

equipamentos domésticos mais comuns que podem causar este tipo de

interferências estão: forno micro-ondas, Bluetooth, telefones sem fio e câmeras de

segurança sem fio (YU et al., 2014a).

Sobre impressão digital, o autores Yu et al. (2014a) demonstram em seu

estudo como elaboraram um mapeamento de 80 pontos (Figura 13). Existem

basicamente dois métodos para construir um mapeamento de impressões digitais:

medição manual empírica (C. WU, Z. YANG, 2014; A. DANALET, B. FAROOQ,

2014) e analiticamente baseado no modelo de propagação de sinal (I. BISIO, M.

CERRUTI, 2014; M. FICCO, C. ESPOSITO, 2014; M.MOLINA-GARCIA, J. CALLE-

SANCHEZ, J. I. ALONSO; DURAN, 2013). Também, é importante assinalar que um

mapa de impressão digital é constituído por um banco de dados de pontos de

referência em que coordenadas são pré-definidas e acopladas com características

de sinais de rádio. O Gráfico 1 mostra um exemplo de gráfico gerado para

composição do mapa de impressão digital.[

Figura 13 - Mapeamento de sinal Wi-Fi (Impressão Digital) em seus respectivos pontos de referência pré-definidos

Fonte: YU et al. (2014, p. 7).

Interferência dos Sistemas construtivos na transmissão “Wi-Fi”;

Michael Faraday, em 1836, realizou um experimento em que observou que a

carga excedente em um condutor não afetava seu interior quando este era

carregado. Isto é, somente afetava seu exterior visto que não houve qualquer

interferência interna. Para demonstrar esse fato, ele construiu uma sala revestida

com folha metálica e permitiu que descargas elétricas de alta tensão atingissem o

46

exterior da sala, verificou-se, assim, que não existia carga no interior das paredes da

sala. Nos tempos atuais essas salas são conhecidas como gaiolas de Faraday,

exemplos disso são os carros e os aviões que são capazes de proteger os

ocupantes em seu interior em casos de descarga elétrica. Na prática seu

funcionamento é demonstrado com mecanismos simples como embrulhar um rádio

com filme de alumínio, revelando que perderão sinal. Na Figura 14 são

representadas as etapas do processo de arranjo das cargas para que o interior não

seja afetado (KRAUS; KEITH R., 1973).

Figura 14 - Etapas do processo de arranjo das cargas para que o interior da Gaiola de Faraday não seja afetado

Fonte: KRAUS; KEITH R. (1973, reilustrado).

Uma gaiola de Faraday é um invólucro oco composto por um metal condutor

como, por exemplo, o alumínio, o qual bloqueia campos elétricos estáticos. O metal

deste invólucro possui cargas que são livres para se mover em torno desse metal,

enquanto que o campo elétrico se moverá até chegar à superfície do metal. As

alterações serão acumuladas na superfície do metal e produzirão o campo elétrico

dentro do invólucro de metal sendo inversamente ao campo aplicado. Dessa forma,

um campo elétrico estático pode ser excluído de um volume de espaço, cercando-o

com uma condução no material. No entanto, um sinal de onda eletromagnética

comporta-se de forma diferenciada, caracterizando-se como um campo elétrico

sinusoidal (FRENCH, 2011).

Para mais, foi a partir dos estudos de French (2011) que realizou-se um

experimento muito simples: colocou-se um telefone celular dentro de duas latas

metálicas (as mesmas utilizadas por compotas ou sopas enlatadas) conforme

mostrado na Figura 15 a), isolando-o do mundo externo. Em seguida, com o

telefone dentro das latas e fechado, foram realizadas chamadas para verificar se ele

receberia o sinal. As características da frequência utilizado nesse experimento são

visualizadas na Tabela 4. Segundo o autor, na primeira tentativa o experimento

47

fracassou devido a pequenas aberturas entre a lata e a folha de alumínio. O

experimento só obteve êxito (efeito da Gaiola de Faraday) quando foi utilizado um

livro sobre a lata (Figura 15 b). Isso fez com que a pequena fenda entre a abertura

da lata e a folha de alumínio fosse reduzida ou anulada, ficando assim com abertura

menor que o comprimento da onda eletromagnética utilizada pelo telefone.

Figura 15 - Experimento utilizando um telefone celular dentro da lata metálica

Fonte: FRENCH et al. (2011, p. 292)

Tabela 4 - Frequência e comprimento de ondas usadas pelas redes de telefonia móvel do Reino Unido

Rede de Telefonia Celular

Frequência (MHz)

Comprimento de onda (cm)

Orange 1800 17 O2 900 33 Vodafone 900 33 T-Mobile 1800 17 Fonte: FRENCH et al. (2011, p. 292).

Ademais, estudos com materiais têxteis e leves podem substituir materiais

metálicos utilizados em blindagem de OEM. As pesquisas de Patel et al. (2013)

mostram que as medições de bloqueio eletromagnético podem chegar a uma

blindagem máxima de até 16,24 dB com incerteza de medição menor que 0,21 dB

na faixa de 8,2 a 12,4 GHz por um tecido de 160,85 μm. Assim, um tecido fino com

alta densidade pode apresentar a capacidade de atenuação de OEM, dependendo,

principalmente, da estrutura intrínseca do material e da onda emitida.

A eficácia de blindagem é usada para analisar propriedades de proteção dos

materiais chamados de escudos de blindagem, que são definidas como a razão

entre a força do campo eletromagnético, a uma determinada distância da fonte,

comparada com a mesma razão sem interposição do material analisado (TADEUSZ

W. WIĘCKOWSKI, 2006) .

48

Para tanto, executou-se um teste com três amostras de tecidos como

mostrado na Tabela 5, o aparato montado para o ensaio pode ser visto na Figura 16

e os resultados obtidos são mostrados na Tabela 6 (PATEL et al., 2013).

Tabela 5 - Amostras de tecido usadas para medições de blindagem eletromagnéticas

Fonte: PATEL et al. (2013, p. 111).

Figura 16- Diagrama esquemático de um laboratório desenvolvido para medição da transmissão de ondas eletromagnéticas em espaço livre

Fonte: Adaptado de PATEL et al. (2013, p. 112).

Tabela 6 - Valores da eficácia de blindagem para amostras de tecidos utilizados em um experimento.

Frequência (GHz) Sample I (dB) Sample II (dB) Sample III (dB) 8,5 8,21 8,54 10,46 9,0 8,05 8,25 9,28 10,0 8,26 8,16 9,32 10,5 8,08 9,87 9,85 11,0 6,51 13,65 16,24 12,0 9,52 8,88 9,93

Fonte: PATEL et al. (2013, p. 112).

Outros estudos mostram que, atualmente, a corrida por uma blindagem

eficiente demanda por diversos materiais absorventes de OEM. Nas últimas

décadas, houve um grande interesse em carbono em forma de grafite, grafeno e

nanotubos. Essa preferência se deve a fatores como a alta condutividade elétrica

Nome da Amostra

Tipo de Tecido Espessura t (μm)

Urdidura (fio/cm)

Trama (fio/cm)

Densidade (kg/m³)

Sample I Algodão/Poliéster 150,10 37 34 74,02 Sample II Algodão Poliéster 155,45 37 36 98,28 Sample III Algodão/Poliéster 160,85 37 41 107,07

49

que o carbono possui ao ser combinado com um peso relativamente baixo, o

excelente nível de absorção e o menor custo.

Para obter-se um nível de condutividade de 1 S/m é desenvolvido em um

composto de nanotubos de carbono utilizando 0,35% de concentração, por outro

lado, para obter-se o mesmo nível de condutividade é necessário 20% de

compósitos de carbono preto. Esse efeito pode ser facilmente entendido quando as

geometrias de compostos de nanotubos apresentam uma proporção muito alta de

mais de 1000 (alguns nanômetros de diâmetro e vários micrômetros de

comprimento). A Figura 17 mostra que o carbono preto é composto por grãos

esféricos e necessita de uma alta concentração para garantir o contato físico entre

os grãos. Logo, para compostos de nanotubos de carbono o contato é feito pelas

extremidades e isso já é suficiente, pois ocasionam, assim, uma menor

concentração (F. QIN, 2012) (A. SAIB et al., 2006).

Figura 17 - Esquema de duas composições para absorção de ondas eletromagnéticas: (a) inclusão esférica com grafite e (b) inclusões cilíndricas de alta proporção em compostos de nanotubos de carbono

Fonte: A. SAIB et al. (2006, p. 2745).

Por sua vez, polímeros condutores também fazem parte de estudos que

caracterizam a blindagem eletromagnética. Tal como o que o autor FAEZ et al., 2000

mostra em seu estudo no qual a relação entre a efetividade de blindagem (EB) e a

resistividade de um material condutor pode ser obtida quando uma onda plana

atinge o material. Visto que uma parte da radiação é refletida, outra é absorvida e

uma parte desprezível é perdida por multi-reflexão interna. Os resultados são

apontados na Tabela 7.

50

Tabela 7 – Efetividade de blindagem eletromagnética com relação entre atenuação da radiação (refletividade) e porcentagem de energia absorvida.

Fonte: FAEZ et al. (2013, p. 133).

O autor mostra o uso de polímeros condutores na formulação de materiais

absorvedores de radiação, composto em material suporte, com a finalidade de que o

polímero condutor mantenha a estabilidade durante a utilização do produto final. Os

estudos sobre o uso do polipirrol em aplicações eletromagnéticas foram dos autores

Faez et al. (2000). Outros trabalhos têm sido realizados mostrando a potencialidade

dos polímeros condutores para esse tipo de aplicação (Quadro 3).

Além disso, as frequências com maior interferência eletromagnética

encontram-se nos sistemas estéreos com 50- 60 Hz - até transmissão de radar - 109

-1011 Hz e, principalmente, na frequência de 104 Hz onde é mais comum a

ocorrência desse tipo de interferência, que é historicamente chamada de

radiofrequência (RFI) devido ao maior uso em sistemas de comunicação.

Quadro 3 - Uso de polímeros condutores intrínsecos em aplicações eletromagnéticas.

Fonte: FAEZ et al. (2013, p. 131).

Atenuação da Refletividade dB

% de Energia Absorvida

0 0,00 -3 50,00 -10 90,00 -15 96,90 -20 99,00 -30 99,90 -40 99,99

Polímeros Aplicações Polianilina (PAni) EMI*, ESD**

Polipirrol (filmes) EMI

Polipirrol em matriz poliéster EMI, MAR***

Polipirrol em matrizes elastoméricas MAR

Poli(3-octil-tiofeno) nas matrizes PS,PVC e

EVA

EMI

Poli (p-fenileno benzo-bis-tiazol) EMI, MAR

51

Observação: *EMI: Interferência eletromagnética; **ESD: Dissipação eletrostática; ***MAR: Material absorvedor de radiação;

O autor YADAVA, 2011 também mostra que para garantir a melhor absorção

eletromagnética em câmaras projetadas para conter reflexões (câmaras anecoicas)

utilizam-se materiais piramidais absorvedores, normalmente compostos por

polímeros poliuretano flexíveis, espumas carregadas com negro de fumo ou

partículas de tamanho nano micro.

Salienta-se que esses absorvedores mostram bom desempenho de absorção

para frequências entre 80 MHz e 40 GHz dependendo da forma da pirâmide e da

concentração do negro de fumo (SIEPEL, 2015). Portanto, essa configuração cria

um coeficiente de reflexão baixo devido à sua forma piramidal que permite uma

redução gradual da intensidade entre o ar e o absorvedor (P. SAVILLE, 2016).

Os estudos realizados pelos autores MÉJEAN et al., 2017 mostram uma

caracterização da câmara anecoica (Figura 18 e Figura 19) com absorvedores

piramidais instalados sobre uma placa metálica. Dessa forma, as ondas

eletromagnéticas não são transmitidas para além da câmara de medição.

De mais a mais, o parâmetro de reflexão medido é o resultado da onda EM

refletido na interface ar/material e também da onda EM transmitida através do

material refletido no verso da placa metálica. O autor ressalta que para otimizar o

material absorvente tanto a reflexão quanto a absorção devem ser otimizadas.

O sistema preparado foi caracterizado por duas técnicas de medição

denominadas de seção reta de radar e arco NRL. Rezende et al. (2003) mostram em

seu estudo os resultados de refletividade de materiais absorvedores de radiação

eletromagnética. Esse método foi baseado em mantas de borracha e tintas

incorporadas com ferrita de NiZn e negro de fumo condutivo utilizando dois tipos de

suportes (alvos), uma placa plana e um cilindro, ambos de alumínio. As

composições das camadas estão descritas de acordo com a Tabela 8.

52

Figura 18- Câmara anecoica com superfície piramidal instalados sobre placas metálicas

Fonte: MÉJEAN et al. (2017, p. 60).

Figura 19- Configuração do modo de reflexão para a câmara anecoica caracterizando as reações da onda eletromagnética

Fonte: MÉJEAN et al. (2017, p. 60).

53

Figura 20- Esquema do arco NRL (Naval Research Laboratory) e instrumentado utilizado em medidas no Centro Técncnio Aeroespacial de São José dos Campos-SP

Fonte: REZENDE et al. (2003, p. 32).

Tabela 8 - Composição dos materiais absorvedores de ondas eletromagnéticas utilizados nos experimentos com arco NRL (Naval Research Laboratory) Código Matriz Negro de fumo %

(m/m) Ferrita NiZn %

(m/m) Espessura Media Após

Aplicação (mm) Tinta 1 Poliuretano 0 5,0 1,5 Tinta 2 Poliuretano 0,5 5,0 1,5 Manta 1 Silicone 0,5 5,0 1,5 Manta 2 Silicone 0,5 5,0 2,0 Manta 3 Silicone 0 5,0 2,0

Fonte: REZENDE et al. (2003, p. 33).

Para o teste foi utilizada uma placa de alumínio 2025 lisa refletindo 100% da

radiação incidente, ou seja, 0 dB de atenuação. Os resultados mostraram que as

tintas 1 e 2 obtiveram uma melhor performance na atenuação da radiação a partir de

10 GHz. Baixando para 8 GHz a tinta 1 caiu para -3 dB e a tinta 2 caiu -6 dB. A partir

de 12 GHz a refletividade se manteve constante. A manta 2 apresenta valores de

atenuação de até –16 dB em torno de 8,3 GHz, com comportamento ressonante,

obteve diminuição da eficiência na atenuação da radiação aumentando assim a

frequência. No caso da manta 3, o maior valor de atenuação se deu em 8 GHz, (–8

dB), aumentando a refletividade em função do aumento da frequência.

Em casos que não há a absorção das OEM a característica das reflexões

tange para a de uma Gaiola de Faraday, gerando inúmeras reflexões que podem

dificultar a conectividade de dispositivos sem fio ou aumentar as exposições de

54

seres vivos à radiação eletromagnética. Por outro lado, materiais absorventes

podem neutralizar os campos eletromagnéticos de alta e baixa frequência (KOPPEL

ET AL., 2017). Os autores sugerem alguns materiais testados com seus respectivos

valores de coeficiente de transmissão e reflexão, de acordo com a Tabela 9.

O experimento realizado pelos autores Tarmo Koppel et al. (2016) teve como

objetivo determinar a amplitude da OEM transmitida e refletida, calculando assim a

atenuação (Figura 21). Inicialmente, foram ajustados dois níveis para uma

transmissão total. A abertura foi mantida livre e para a transmissão zero foi colocada

uma placa de alumínio junto à abertura, assim foi bloqueado o sinal de OEM. Com a

finalidade de calcular o coeficiente de reflexão da transmissão real, a medição de

referência foi subtraída de todas as medições do material. O coeficiente de reflexão

e o coeficiente de transmissão foram calculados para cada amostra que representou

a razão do campo elétrico transmitido. Os resultados são mostrados na Tabela 9,

onde se verifica que os materiais com maior coeficiente de reflexão foram as placas

de concreto de alto desempenho com 0,38 e 0,35 V/m e com menor coeficiente de

reflexão foram o concreto espumado e o concreto com agregado de argila expandida

leve com -0,11 V/m. Em suma, os resultados para o coeficiente de transmissão

tiveram seu maior valor quando testados em placa de concreto com fibra natural

prensada (1,30 V/m) e painel de gesso (1,25 V/m) e os menores valores foram para

medições em placa de concreto de alta performance (0,34 V/m).

55

Figura 21- Configuração para composição do layout para o experimento com medição da penetração e reflexão de micro-ondas em materiais de construção

Fonte: Tarmo Koppel et. al. (2016, p. 163).

Além disso, Tarmo Koppel et al. (2016) realizaram testes em 14 materiais de

construção e concluíram que a eficácia da blindagem não depende apenas da

permeabilidade e da permissividade do material, mas também das dimensões do

material. Em condições reais a espessura do material pode apresentar ressonância

com o comprimento de onda, que pode ser comprovado no teste onde a largura e o

comprimento tiveram um desempenho no papel do material tornando-se um

ressonador.

56

Tabela 9 – Resultado do experimento em materiais de construção com frequência de 2.4 GHz mostrando o coeficiente de transmissão e reflexão.

N0

Material

Coeficiente de Transmissão

(V/m)

Coeficiente de Reflexão

(V/m)

01 Placa de isolamento térmico em espuma de poliestireno (Tenapor EPS)

0,87 0,02

02 Placa de isolamento térmico em poliestireno espumado com grafite (Tenapor Neo EPS)

0,69 0,00

03 Painel de isolamento flexível feito de fibras de madeira natural (Steico Flex)

0,79 0,08

04 Madeira compensada impermeável 1,03 0,26

05 Placa compósita de madeira turfa 1,10 0,10

06 Placa de concreto com fibra natural prensada (Knauf Herak lith C50)

1,30 -0,03

07 Painel de Gesso (fabricação padrão) 1,25 0,13

08 Concreto espumado 0,92 -0,11

09 Bloco de Concreto com agregado de argila expandida leve (LECA)

1,06 -0,11

10 Placa de Gesso (Knauf) 0,45 0,17

11 Painel de vertente orientada (OSD) 0,48 0,17

12 Aglomerado com foleado 0,69 0,25

13 Placa de concreto de alto desempenho, forma redonda

0,71 0,38

14 Placa de concreto de alta performance 0,34 0,35

15 Painel de fibras (MDF) 0,87 0,12

Fonte: Tarmo Koppel et al. (2016, p. 160).

57

Contudo, sabe-se que o modo de vida atual está cada vez mais dependente

de sistemas portáteis que possibilitam livre acesso à informação e à comunicação

tanto na atividade laboral quanto na vida social. Cada vez mais há a necessidade de

desenvolver sistemas mais independentes e com menos limitações. Estudos

mostram que componentes construtivos com densidade, espessura e composições

variadas produzem grande variação na propagação das ondas dentro destes

materiais utilizados na construção civil (CHO; KIM; HONG, 2017).

Vale ressaltar que os componentes encontrados por Barreto (2012) para o

BCCA sugerem a presença de alumínio metálico e, além da predominância de sílica

(SiO2) e óxido de cálcio (CaO), também foram encontrados traços de alumina

(Al2O3) e óxido férrico (Fe2O3) em algumas áreas.

O poder da blindagem pode ser explicado em três termos que representam os

fenômenos de perda por reflexão, perda por absorção e multi-reflexões. A eficácia

da redução do sinal ou blindagem é definida em decibéis (dB) (KAYNAK, 1996). De

forma específica, a avaliação da blindagem eletromagnética foi estudada em

materiais cimentícios com adição dos metais de cobre (Cu), prata (Ag), níquel (Ni) e

chumbo (Pb) na forma de pó. Apesar de a prata possuir alta condutividade elétrica

(62,5 S.m/mm2) e por ser um material nobre e caro, torna-se inviável o seu uso; já o

cobre, também de alta condutividade elétrica (61,7 S.m/mm2), oxida facilmente; por

sua vez, o níquel apresenta baixa condutividade elétrica (10,41 S.m/mm2), o que

diminui a eficiência na composição do escudo. Para fins de comparação com esse

estudo, a condutividade elétrica do alumínio representa 34,2 S.m/mm2 e representa

uma condutividade relativamente alta, talvez mais para mediana, contudo, não foram

encontrados relatos sobre o alumínio metálico

Também foi avaliada a argamassa em conjunto com chumbo para blindagem

de radiação gama. O coeficiente de atenuação aumentou na mesma medida que a

percentagem de peso do chumbo na amostra também aumentou, com tempo de

cura de 15 dias (GUAN et al., 2006).

58

3. FUNDAMENTAÇÃO METODOLÓGICA

No presente capítulo descreve-se o percurso metodológico definido para a

execução da pesquisa de cunho experimental, que definiu o fluxograma de trabalho.

Ainda, faz-se uma descrição dos ensaios a que o material testado (BCCA) foi

submetido, possibilitando a sua caracterização.

3.1 FLUXOGRAMA DE TRABALHO

Para que os objetivos deste trabalho fossem atingidos, determinou-se o fluxo

sequencial e lógico de ações como demonstrado na Figura 22.

Figura 22 – Fluxograma das etapas do trabalho experimental

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

59

3.1.1 Definição, especificações técnicas e caracterização do material e corpos de prova

O material, objeto de análise deste estudo, foi o BCCA encontrado

comercialmente em blocos como mostrado na Figura 23 com formulação e

características que seguem a norma NBR 13438/1995 (ABNT, 1995). O referido,

material, adquirido em uma loja de materiais de construção local, possui as

especificações técnicas apontadas no Quadro 4.

Figura 23 - Ilustração das dimensões do BCCA

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Quadro 4: Especificações técnicas dos Blocos de Concreto Celular Autoclavado para ensaio Característica Técnica Valor

Resistência ≥ 2,5 MPa

Densidade ≤ 550 kg/m³

Peso específico seco 5,0 kN/m3

Peso específico de cálculo 5,8 kN/m3

Resistência à compressão 2,5 kN/m2

Resistência à tração por flexão 0,8 kN/m2

Coeficiente de condutibilidade térmica 0,16 W/moC

Coeficiente de dilatação 0,008 mm/moC

Módulo de elasticidade 2300 N/mm2

Ponto de fusão 500 oC

Coeficiente de retração 0,3 mm/m

Coeficiente de Poisson 0,15 – 0,25

Altura 30 cm

Largura 60 cm

Espessura 12,5 cm

Fonte: Elaborado pelo autor (2018).

Para caracterizar o BCCA, em relação à sua composição química e

morfológica procedeu-se a análises diversas, nomeadamente: a) fluorescência por

raios X (FRX), b) difratometria de raios X (DRX); c) detecção de alumínio com

60

microscopia eletrônica por varredura (MEV); d) abatimento de ondas

eletromagnéticas analisando a opacidade do raio X; e) reconstituição de traço pelo

método do Instituto de Pesquisas Tecnológicas do Estado de São Paulo (IPT), Al2O3.

a) Fluorescência por raio X (FRX)

A análise química elementar foi realizada por FRX, com o modelo RIX 2000

da marca Rigaku, no laboratório de Geoquímica da Universidade Federal do Rio

Grande do Sul (UFRGS), na cidade de Porto Alegre, Rio Grande do Sul (RS), Brasil.

Para a execução desse ensaio a amostra de BCCA foi cominuída para granulometria

inferior a 200 mesh. Essa técnica baseia-se na medição das intensidades dos raios

X característicos emitidos pelos elementos que constituem a amostra, com número

atômico maior que 10 u.m.a, cujo comprimento de onda é característico para cada

elemento. A interação entre a luz e a matéria permite que a amostra irradiada com

raios X emita uma certa quantidade de energia característica do elemento,

permitindo, assim, a construção de um espectro de raios X. O resultado é mostrado

em percentual de óxidos de cada elemento em análise.

b) Difratometria de raios X (DRX)

A identificação das fases presentes foi executada por difração de raios X, em

equipamento Siemens (Bruker) D-5000, como tubos de raios X de CuKα. O método

baseia-se na difração sofrida por um feixe de raios X ao atingir uma amostra devido

à interação desses com os átomos presentes em duas direções principais. Essas

direções correspondem ao prolongamento do feixe incidente e à reflexão pelo plano.

Qualquer plano no cristal correspondente a uma face (hkl) pode ser considerado.

Assim, o método se aplica apenas na identificação de substâncias que possuem

estrutura cristalina, portanto, não apresentando bons resultados a estrutura é

considerada amorfa. As amostras foram preparadas e encaminhadas para a análise

DRX no Instituto de Geociências da UFRGS.

c) Microscopia eletrônica por varredura (MEV)

61

A MEV das amostras de BCCA foi realizada com equipamento Leica

Microsystems, modelo S440i, na UFRGS. Durante as análises foi utilizado o detector

de elétrons secundários para formação das imagens, em conjunto com a técnica de

espectrometria por energia dispersiva de raios X (EDX) para as microanálises

qualitativas e semiqualitativas dos BCCA. Todas as amostras analisadas no MEV

sofreram uma preparação prévia, através da deposição de uma fina camada com 25

nm de material condutor (ouro) sobre as suas superfícies.

d) Abatimento de ondas eletromagnéticas analisando a opacidade do raio X

A reconstrução da imagem por raio X é feita com a utilização de projeções do

objeto. A imagem formada no interior da amostra é o resultado da representação

bidimensional do seu coeficiente de atenuação. Existem basicamente três tipos de

projeções do feixe de raios X: a geometria de raios paralelos, a geometria em forma

de leque e a geometria em forma de cone. Normalmente, as metodologias adotadas

nos estudos dos compósitos de matriz cimentícia envolvem a moldagem de corpos

de prova de onde são extraídas as amostras. A partir disso obtém-se uma

moldagem de corpos de prova com dimensões reduzidas, compatíveis com a

capacidade de leitura do equipamento a ser utilizado, o que proporciona o aumento

da relação amostra/corpo de prova ou até mesmo uma amostragem total.

Para a realização da medição de raios X, utilizou-se um medidor da marca

Radcal Accu Gold, que tem como característica sua portabilidade e praticidade de

utilização. Esse equipamento possui um módulo digitalizador multifuncional

compacto, que fornece digitalização de alta velocidade para todos os parâmetros de

medição e suas formas de onda com uso de sensores de estado sólido e/ou de

câmara de íons ou sensores de luz. Esse tipo de aparelho transforma o computador

em um analisador de raio X compacto, econômico e multifuncional (DOTMED, 2018).

Para a obtenção da métrica legível e comparativa foi utilizado o software

Image-J como forma de contabilizar o percentual de pretos entre o raio X obtido do

BCCA e o concreto espumígeno. Resumidamente, as imagens digitalizadas dos

raios-X foram gravadas no computador e importadas para o programa Image-J.

Portanto, ao utilizar ferramentas específicas, as imagens foram convertidas em 8 bits

e, em seguida, contabilizadas as quantidades de pixel pretos (menos denso) e

brancos (mais densos/metálicos).

62

e) Reconstituição de traço IPT BCCA (Al2O3)

O método reconstituição de traço IPT BCCA (Al2O3) determina o teor de

óxidos na amostra de BCCA, ao longo de três etapa. Esse teste foi elaborado com a

finalidade de comparação com os demais resultados, auxiliando o leitor no

cruzamento de informações importantes dentre os materiais contidos neste estudo.

Os corpos de prova para a avaliação da capacidade de atenuação da onda

Wi-Fi, foram recortados das amostras de BCCA com dimensões de 60 x 30 x 12,5

cm, 12 corpos de prova com tamanho de 12 x 12 cm. Preparando-se o experimento,

os corpos de prova foram fixados na abertura do equipamento de avaliação da

emissão de ondas eletromagnética, com quatro espessuras diferentes, sendo 7,5,

10,0, 12,5 e 15,0 cm, retirados aleatoriamente.

3.1.2 Aquisição dos dados de transmissão

Para a preparação do ambiente de medição é necessário um espaço livre de

4,40 x 4,40 m. Assim, na parte interna da caixa foi instalado um roteador (Figura 30),

equipamento que transmite um sinal com frequência de 2.4 GHz. A abertura da

caixa ficou alinhada paralelamente ao piso, sendo fixada no centro do espaço com a

abertura voltada para parte superior e sua base estará apoiada no piso. Ainda, uma

estrutura com fio de nylon foi montada para garantir os afastamentos de 40, 80, 120,

160 e 200mm em relação às faces da caixa central, ou seja, do transmissor (Figura

24).

63

Figura 24: Layout da caixa em fios de nylon para fixação das etiquetas orientativas do local onde são realizadas as medições de sinal Wi-Fi

240

40 40 40 40 40 404040404040

440

440

Fonte: Ilustrada pelo autor (2018).

Vista

Vista frontal / lateral

64

Tabela 10: Definição das siglas para as etiquetas contendo os pontos de medição do Wi-Fi

Legenda Posicionamento FEI Frontal Esquerda Inferior FEC Frontal Esquerda Centro FES Frontal Esquerda Superior FCI Frontal Centro Inferior FCC Frontal Centro Centro FCS Frontal Centro Superior FDI Frontal Direita Inferior FDC Frontal Direita Centro FDS Frontal Direita Superior DCI Direita Centro Inferior DCC Direita Centro Centro DCS Direita Centro Superior PDI Posterior Direita Inferior PDC Posterior Direita Centro PDS Posterior Direita Superior PCI Posterior Centro Inferior PCC Posterior Centro Centro PCS Posterior Centro Superior PEI Posterior Esquerda Inferior PEC Posterior Esquerda Centro PES Posterior Esquerda Superior ECI Esquerda Centro Inferior ECC Esquerda Centro Centro ECS Esquerda Centro Superior CS Superior Centro

Observação: as posições marcadas em negrito correspondem à face superior. Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Para cada aresta das caixas montadas com fio de nylon são fixadas etiquetas

identificando a locação das medições. São três etiquetas para cada aresta, uma em

cada extremidade e uma no centro de cada aresta. No ponto central de cada face

das caixas também são fixadas essas etiquetas. Sua locação detalhada é melhor

verificada na Figura 25.

Figura 25 - Locação das etiquetas identificadoras para os pontos de medição

FES

FEC

FEI

FDS

FDC

FDIDCI

DCS

FECDCC

FCS

FCI

CS

DIR

EITA

ESQ

UER

DA

SUPERIOR

PDS

PDC

PDI

PES

PEC

PEIECI

ECS

FECECC

FCS

FCI

CS

ESQ

UER

DA

DIR

EITA

SUPERIOR

FRONTAL POSTERIOR

Fonte: Ilustrada pelo autor (2018).

65

A Figura 26 mostra o espaço utilizado para a instalação e medições para o

estudo atual. O local é disposto por uma área aberta de 4,5 m x 5 m, onde foi

instalado uma estrutura em fios de nylon e fixada etiquetas orientativas para o ponto

de medição do sinal Wi-Fi conforme mostrado na Figura 27.

Figura 26 – Espaço utilizado para a instalação do aparato experimental para medição do sinal Wi-Fi

Fonte: foto obtida pelo autor (2018). Figura 27 – Etiqueta fixada junto à estrutura em nylon definindo o local de medição do sinal Wi-Fi

Fonte: foto obtida pelo autor (2018).

A Figura 28 mostra o momento em que o autor está efetuando o

procedimento de medição junto à umas das etiquetas orientativas.

66

Figura 28 – Medição do sinal Wi-Fi utilizando aplicativo desenvolvido pelo autor

Fonte: foto obtida pelo autor (2018).

3.2 MEDIÇÕES

Equipamentos utilizados

A fim de avaliar as emissões Wi-Fi foram utilizados basicamente três

elementos que compuseram o equipamento de medida: transmissor de ondas

eletromagnéticas, caixa isoladora para atenuar o sinal e um receptor.

O transmissor de radiação eletromagnética encontra-se representado na

Figura 29. Consiste em um roteador wireless de frequência 2.4GHz com às

seguintes especificações técnicas: frequência de operação de 20,40 MHz, largura

de banda de até 11 Mbps por canal, potência nas antenas de 23 dBm (200 mW) e

modelo Intelbras WRN300. Figura 29- Roteador Wireless utilizado nos experimento com frequência 2.4GHz

Fonte: www.intelbras.com.br

67

A caixa com isolamento eletromagnético é um cubo de 40 cm de aresta

composta por paredes de MDF de 3mm de espessura, contém uma abertura em

uma das faces de 10 x 10 cm para saída do sinal a ser medido conforme ilustrado na

Figura 30 e Figura 31.

Figura 30- Esquema de montagem do dispositivo

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Figura 31- Caixa montada com isolamento eletromagnético

Fonte: Registrada pelo autor (2018).

A redução da emissão do sinal foi realizada com filme de alumínio com

espessura de 0,20 mm na parte interna e uma chapa de 1,0 mm na parte externa

fixados com resina polimérica com alumínio 1050 (Figura 32). Uma placa (“tampa”)

quadrada de 12 x 12 cm também revestida com alumínio metálico foi utilizada para

bloquear o sinal de saída do conjunto (utilizada para calibrar a blindagem total do

cubo). A alimentação do roteador é de 220 V.

68

Figura 32 - Revestimento da Caixa mostrando as camadas de revestimento

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

O receptor foi constituído por um smartphone com processador 2.5 Ghz de

quatro núcleos e 2 Gb memória RAM, conectividade 802.11 a/b/g/n/ac. A leitura foi

realizada pela captação da potência absoluta do sinal emitido pelo transmissor

(descrito anteriormente) em conjunto com software desenvolvido (desenvolvido pelo

autor) especificamente para este trabalho, como descrito a seguir.

A captura da emissão do sinal de Wi-Fi emitido pela antena do roteador foi

transmitida pelo receptor estabelecido no Smartphone, o qual foi interpretado pelo

aplicativo desenvolvido especificamente para este experimento. O sinal lido indica

sua potência absoluta expressa em dbm. O algoritmo responsável pela leitura do

sinal está disponibilizado publicamente na biblioteca de código aberto em

github.com. A ferramenta utilizada para implementação foi o Visual Studio Xamarin,

que se desenvolveu um programa de controle audiovisual com o propósito de

assistente coletor de amostras. Esse aplicativo torna a coleta dos pontos de

mapeamento da impressão digital do sinal Wi-Fi mais controlada, programada e

segura, já que um número expressivo de medições (81.000) foram feitas. Além

disso, o processo de medição foi feito, basicamente, em ambiente sem interferências

significativas de aparelho eletroeletrônicas como redes Wi-Fi, Bluetooth, aparelhos

micro-ondas ou sistemas de segurança sem fio.

Sequência das medições

A medição da intensidade do sinal Wi-Fi é realizada em laboratório através da

comparação entre diferentes procedimentos demonstrados no Quadro 5, tais como:

sinal aberto, considerando 100% de transmissão; e sinal fechado, mostrando 0,0%

de transmissão através de diferentes espessuras do BCCA e distâncias entre o

aparato de emissão e o receptor do sinal.

69

Quadro 5 - Relação dos fatores considerados para a execução do experimento de medição do sinal Wi-Fi

Fator Níveis Espessura do corpo de prova Aberto, 7,5 cm, 10 cm, 12,5 cm, 15 cm e Fechado Distância do emissor de Wi-Fi (cm) 0, 40, 80, 120, 160 e 200 Local das medições (para cada face: ponto central, os 4 cantos e o ponto mediano de cada arresta)

CS, FEI, FEC, FES, FCI, FCC, FCS, FDI, FDC, FDS, DCI, DCC, DCS, PDI, PDC, PDS, PCI, PCC, PCS, PEI, PEC, PES, ECI, ECC e ECS

Observação: CS= centro superior, FEI= frontal esquerda inferior, FEC= frontal esquerda central, FES= frontal esquerda superior, FCI= frontal central inferior , FCC= frontal central central, FCS = frontal superior, FDI= frontal direita inferior, FDC= frontal direita central, FDS= frontal direita superior, DCI= direita central inferior, DCC= direita central central, DCS= direita central superior, PDI= posterior direita inferior , PDC= posterior direita central, PDS= posterior direita superior, PCI= posterior central inferior, PCC= posterior central central, PCS= posterior central superior, PEI= posterior esquerda inferior, PEC= posterior esquerda central, PES= posterior esquerda superior, ECI= esquerda central inferior, ECC= esquerda central central e ECS= esquerda central superior. Fonte: Elaborado pelo autor (2018).

Com os fatores e seus níveis definidos, foi determinada a quantidade de 03

repetições para cada teste. A quantidade total de testes a serem executados para

atender os limites da confiabilidade estatística dos resultados seguem as

combinações definidas de acordo com projeto experimental, produzindo um total de

2.700 experimentos (25 pontos distribuídos em 5 faces, 6 afastamentos a partir do

transmissor, 6 espessuras de corpo de prova e 3 repetições).

Já para o sequenciamento e o controle das medições são utilizados os

recursos audiovisuais do aplicativo desenvolvido. Primeiramente são selecionadas a

amostra e a característica da abertura de acordo com o corpo de prova instalado,

após é ajustado a informação de afastamento da caixa que será medida.

Durante as medições o usuário observa os sinais produzidos pelo

aplicativo, tais como, bips rápidos orientando que a medição chegou em 50% e

contínuos em 90%. Este procedimento se torna útil para que o usuário se posicione

na próxima medição e não cause atrasos ou erros. Outro sinal sonoro é a orientação

em fala humana que o aplicativo produz orientando o usuário à qual o próximo local

a ser medido.

O sequenciamento dos ensaios foi iniciado pelas amostras 1, 2, 3 e

assim consecutivamente. Para cada amostra, iniciar a instalação de cada corpo de

prova com a passagem totalmente aberta indicando 100% de fluxo do sinal Wi-Fi,

em seguida deve ser instalada uma tampa com revestimento metálico (alumínio)

obstruindo totalmente o sinal de saída da caixa blindada. Os próximos corpos de

prova devem ser instalados de acordo com sua espessura, iniciando da menor para

maior (7,5 cm, 10 cm, 12,5 cm e 15 cm).

70

As medições são iniciadas pelo afastamento zero, ou seja, nos pontos junto a

caixa metálica e, em seguida, nos afastamentos subsequentes na ordem crescente

com a finalidade de controle e padronização das medidas coletadas.

No que tange a posição do dispositivo (smartphone), este sempre esteve

perpendicular à face medida, salvo quando as medições foram executadas nas

arestas nas quais o dispositivo foi posicionado na diagonal do cubo conforme

mostrado na Figura 33.

Figura 33 - Posicionamento do dispositivo para leitura do sinal Wi-Fi junto ao layout montado no espaço de medição

LINHA DE REFERÊNCIA DA CAIXA

RECEPTOR WIFI

45°

Fonte: Ilustrada pelo autor (2018).

Para dar início às medições, na tela do aplicativo (Figura 34) foram

informadas as variáveis de medição que são: o número da amostra, o tipo de

característica da abertura e a distância do transmissor até o receptor. Como a

quantidade de medições é significativamente alta, um ciclo de medições é dado pela

medição completa dos pontos de determinado afastamento. Quando concluídas as

25 medições o sistema finaliza e habilita os controles para nova coleta. Para cada

ciclo de medições (para cada afastamento), o aplicativo, executando como um

assistente, dá instruções em áudio e através de um gráfico orientativo na tela

informa em qual ponto deve ser posicionado.

71

Figura 34 - Tela do aplicativo para leitura do sinal Wi-Fi

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Para a informação visual é mostrado um cubo contendo as iniciais do

posicionamento (Tabela 10), um texto contendo o significado da sigla e uma seta

orientativa, conforme mostrado na Figura 35.

Figura 35 - Informação visual no aplicativo com o posicionamento do dispositivo de leitura

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Simultaneamente com as orientações visuais, descritas anteriormente, sinais

sonoros orientam o utilizador sobre qual tarefa deve ser executada, como por

exemplo: reprodução de fala humana orientando que a medição iniciou ou finalizou,

bem como onde a medição deve ser posicionada e se o transmissor específico da

rede Wi-Fi está online. Para mais, um bip curto indica 50% do tempo medido para

medição atual que corresponde a 7,5 segundos e três bips rápidos indicam que a

medição está em 90% e já é o momento de preparar-se para um novo

posicionamento. Para cada troca de ponto de medição o usuário tem 2 segundos,

por isso é importante atenção, concentração e planejamento para os próximos

movimentos a fim de não haver atrasos.

Salienta-se que o algoritmo do aplicativo foi desenvolvido pelo autor para

captar duas leituras por segundo durante 15 segundos para cada um dos 25 pontos

72

medidos em cada afastamento do transmissor, tendo-se um total de 750 medidas

coletadas em 6,25 minutos para cada afastamento. Levando-se em conta que para

cada amostra de BCCA tem-se 6 afastamentos, então para cada medição completa

de amostra de BCCA levou-se em torno de 40 minutos e um total de 4.500

medições, incluindo o tempo de reposicionamento no afastamento e ajuste de

informação no aplicativo com os dados medidos (número da amostra, amostra

BCCA e afastamento atual). Para executar as medições completas das 4 amostras

de BCCA, abertura livre e abertura totalmente bloqueada, levou-se 4h30min,

incluindo o tempo de instalação da amostra, reposicionamento e ajuste de

informações no aplicativo. Todo o procedimento descrito acima foi executado em

tréplica, ou seja, o tempo total do experimento foi de 13h30min divididas em um

cronograma diário que resultou em um mês de medições.

Toda informação recebida durante as medições foi gravada na memória

interna do Smartphone, mas devido ao backup e manipulação dos dados,

periodicamente os dados eram transmitidos para armazenamento em nuvem num

sistema de banco de dados.

Alguns contratempos tiveram de ser tratados durante o experimento, dentre

eles estão a interrupção ou o travamento do Smartphone, as ligações telefônicas

inesperadas durante as medições, a falta repentina de energia e a medição do ponto

errado. Quando ocorria algum desses imprevistos a medição era cancelada

imediatamente, mas os dados não eram excluídos da memória interna.

Os campos gerados no banco de dados foram os seguintes: AMOSTRA

(número da amostra), ESPESSURA (espessura do BCCA), DISTANCIA

(afastamento do transmissor até o receptor), LOCAL (localização no cubo), DATA

(data e hora da medição), DATA_TRANSMITIDO (data e hora da transmissão para o

banco de dados), LEITURAS (sequência das 30 medições para cada ponto), MEDIA

(média das 30 medições para cada ponto). Outros valores necessários para geração

dos gráficos são gerados em tempo real por algoritmos específicos que interpretam

os dados base coletados.

3.3 DADOS

A preparação

73

Preparações dos dados para análise estatística foram realizadas com a

formatação dos dados obtidos pela medição executada no experimento. A tabela

gerada e hospedada na nuvem foi formatada em compatibilização com programas

estatísticos, proporcionando a interpretação dos fatores estabelecidos e

basicamente seguiram o diagrama representado pela Figura 36.

Figura 36 – Esquema para importação dos dados gravados em programa estatístico

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Análises estatísticas

Com os dados incorporados na base de dados do programa, optou-se por

utilizar a análise de variância (ANOVA) com a finalidade de verificar a influência dos

fatores na característica de interesse. No estudo destas influências, pode ser

observado se os fatores e suas interações possuem níveis significativos em seus

resultados.

74

4. RESULTADOS E DISCUSSÕES

4.1 CARACTERÍSTICAS FÍSICO QUÍMICAS DO MATERIAL ESTUDADO

(BCCA)

Difração por Raio X – DRX O difratograma da análise indica a presença de Quartzo (Q=2,6%),

Tobermorita (T=31,8%), Calcita (C=28,2%) e Alumina – kappa (A=28,2%). Observa-

se na Figura 37, os picos de Quartzo e Tobermorita, os quais representam os

materiais base do BCCA, após as reações ocorridas durante seu processo de

fabricação, encontram-se majoritariamente na parte do processo de cura em

autoclave, estando de acordo com o referencial teórico deste estudo.

Embora aqui o foco seja voltado ao Alumínio metálico, o material Alumina

possui um pico que pode caracterizar o BCCA. Porém, segundo a literatura, esse

processo é resultado emergente das fases criadas durante as reações químicas

sofridas ao longo de todo o processo de fabricação.

Em resumo, os três principais elementos citados pelos autores (NGUYEN

TRONG; ASAMOTO; MATSUI, 2018) no referencial teórico deste estudo destacam-

se de forma clara e condizem com os resultados obtidos nesta pesquisa. A Alumina

não está evidenciando aqui a presença de alumínio metálico, porém indica que este

passou por uma reação resultante no material atual conforme Equação 01 do

referencial teórico.

75

Figura 37 - Análise mineralógica em pó total da amostra coletada no Bloco de Concreto Celular Auto Clavado.

Fonte: Ensaios realizados na UFRGS pelo autor (2018). Fluorescência por Raio X – FRX

Na Tabela 11, constam os resultados obtidos através de amostras de análise

semi quantitativa realizada através da técnica em amostra fundida com curva de

calibração a partir de padrões de rocha (valores apresentados em porcentagem de

peso da amostra).

O dióxido de silício (SiO2) foi encontrado em uma proporção de 40,48% na

amostra de BCCA. Um comparativo feito com os resultados descritos pelos autores

do referencial teórico deste estudo (50,30%) revela que a amostra de BCCA testada

ficou em 19,52%, ou seja, abaixo da menor proporção relatada pelos autores.

Tabela 11 – Resultado de elementos químicos majoritários em % em peso dos óxidos em amostras de Bloco de Concreto Celular Autoclavado

Óxidos Majoritários BCCA

Renman e Renman (2012)

Schoon et al (2013)

Kreft (2016)

NGUYEN TRONG; ASAMOTO; MATSUI(2018)

Vtn1 Vtn2 Jp SiO2 40,48 51,40 53,90 58,80 50,30 51,70 58,90 CaO 29,83 26,30 28,50 24,70 27,60 28,30 26,60

Al2O3 2,70 1,90 1,90 2,50 3,40 3,10 1,70

Fe2O3 2,84 1,10 0,70 1,00 1,70 1,70 0,80

Outros 24,15 19,30 16,00 13,00 17,00 15,20 12,00 Observação: Estudos realizados pelos autores com amostras obtidas em Vtn1 = Vietnan 1, Vtn2 = Vietnan 2 e Jp = Japão. Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

76

Quanto ao óxido de cálcio (CaO) encontrado na amostra do BCCA, obteve-se

4,45% superior ao maior valor descrito no referencial teórico deste trabalho. Já em

relação ao óxido de alumínio (Al2O3), com 2,70% em sua proporção, manteve-se

muito próximo dos valores do referencial teórico deste trabalho.

Finalizando esse comparativo, o óxido de ferro (Fe2O3), com 66,55%, ficou

abaixo da proporção de BCCE, porém, apresentou superioridade de 40,14% em

relação ao maior valor descrito pelos autores do referencial teórico.

Sendo assim, os resultados obtidos nesse estudo possuem valores próximos

aos descritos na literatura para a amostra de BCCA.

Detecção de alumínio com microscopia eletrônica por Varredura - MEV

Com os resultados obtidos através das amostras analisadas, utilizando o

MEV, elaborou-se a Figura 38, a qual mostra uma sequência de imagens com

escala gradativa de ampliação. Com isso pode ser visualizado um mapeamento

macro da região capturada em cada ampliação obtida.

Para cada imagem da Figura 38, é possível observar uma particularidade em

que são observadas e comentadas em cada grau de ampliação como segue: Figura 38 - Imagens ampliadas utilizando a Microscopia eletrônica por varredura em Bloco de Concreto Celular Auto Clavado.

77

(A) - MEV BCCA ampliação de 30 X (B) - MEV BCCA ampliação de 400X

(C) - MEV BCCA ampliação de 1500X (D) - MEV BCCA ampliação de 4000X Fonte: Ensaios realizados na UFRGS pelo autor (2018).

A – A imagem mostra uma ampliação de 30x e visualiza-se a disposição dos poros

criados pelo processo de transformação do pó de alumínio metálico em óxido.

Evidenciam-se as semelhanças com o que é mostrado por Barreto (2012) em seu

estudo.

B – A imagem ampliada 400X mostra a superfície de um único poro.

C - Esta imagem, ampliada 1500X, evidencia um nível muito próximo das fases que

compõe esse material.

D – Na imagem ampliada 4000X observa-se que a geometria, a disposição e a

tipologia dos elementos assemelham-se ao referencial teórico deste estudo, que

sugere ser o material Tobermorita citado por (NARAYANAN; RAMAMURTHY, 2000).

Uma interpretação visual foi feita nos ensaios de MEV, através da qual foi

comparado o resultado obtido no ensaio com o resultado dos pesquisadores citados

neste documento.

Com a utilização da sonda de EDS, quando as amostras foram submetidas à

análise do MEV, gerou-se o gráfico representado através da Figura 39. Nele

observam-se picos de silício, oxigênio, carbono, flúor, magnésio, alumínio, ouro e

cálcio. Já no estudo realizado por DORLY FERNANDES DA SILVA JUNIOR (2011)

menos elementos foram encontrados, quais sejam: silício, cálcio, alumínio e

oxigênio.

78

Figura 39 - Elementos detectados pela microscopia eletrônica por varredura utilizando a sonda de Espectometria por energia dispersiva (EDS)

Fonte: Ensaios realizados na UFRGS pelo autor (2018).

Contudo, tanto nas ampliações mostradas na Figura 38 quanto no gráfico

gerado pela sonda EDS, representado na Figura 39, não foi possível afirmar que a

amostra continha vestígios de alumínio metálico em sua composição.

Reconstituição de traço IPT BCCA (Al2O3)

A partir da figura 40 é possível observar o resultado do teste realizado nos

laboratórios da UFRGS com objetivo de caracterizar a reconstituição do traço IP que

é observada na Figura 40.

Figura 40 - Determinação de alumínio e silício para Bloco de Concreto Celular Auto Clavado.

Fonte: Ensaios (Óxidos compostos R2O3 = Fe2O3 + Al2O3) realizados pelo autor (2018).

Massa Insolúvel

(48%)

Teor de Sílica(23%)

Teor de R2O3(19%)

Sobra(10%)

79

O método consiste em três fases responsáveis por mensurar o teor de óxidos

determinados em cada etapa do teste.

Esse método foi elaborado com a finalidade de comparação com os demais

resultados, auxiliando o leitor no cruzamento de informações importantes entre os

materiais contidos neste estudo.

Abatimento de ondas eletromagnéticas com análise da opacidade do Raio X

Quando executado o ensaio dos corpos de prova (2x2x1 cm), com a utilização

do exame de raios X, foram obtidas as imagens das 3 amostras utilizadas no

teste(Figura 41). Nelas pode-se perceber alguns pontos cinza, onde a radiação

passa sem abatimento, e outros brancos, os quais refletem mais radiação. De

acordo com a escala Hounsfield (OSBORNE et al., 2016) essa característica é

observada em elementos metálicos ou de maior densidade.

Figura 41 – Foto de três amostras representando o resultado do teste de Raios X

Fonte: Ensaios realizados pelo autor (2018).

80

Em uma análise das médias encontradas para o BCCA, observa-se, na Figura

42, que a média de cinzas das 3 amostras ficou em 117,43 em uma escala de cinzas

que vai de 0 como preto a 255 como branco, o que resulta em 46,04% de passagem

das ondas eletromagnéticas. Este estudo avaliou a atenuação das ondas

magnéticas utilizando o raio X em múltiplos ensaios elaborados dentro das normas

vigentes e de acordo com a bibliografia descrita por vários pesquisadores.

Figura 42 – Histograma mostrando o nível de cores cinzas utilizando o software ImageJ

Fonte: Ensaios realizados pelo autor

4.2 AVALIAÇÃO DA EMISSÃO DE WI-FI NO DISPOSITIVO DE BLOQUEIO

ELETROMAGNÉTICO

Nesta seção estão descritos os resultados referentes à avaliação da

transmissão do sinal Wi-Fi em relação à sua distância do transmissor, à espessura

dos corpos de prova e à posição de leitura. Com objetivo de apresentar os

resultados com grau de importância da interferência do material na transmissão do

Wi-Fi, foi considerada a face superior, parte na qual o corpo de prova foi fixado.

Tabela 12 – Resultados da análise da Variância (ANOVA) para os valores das leituras do sinal da potência absoluta (dbm) da face superior

Fatores Soma dos Quadrados G.L Quadrado médio F p

Espessura 7056.9 5 1411.38 5.303 .001 Afastamento (cm) 8190.3 5 1638.07 87.397 .001 Local 7718.2 8 964.77 51.474 .001 Espessura ✻ Afastamento (cm) 821.5 25 32.86 1.753 .013 Espessura ✻ Local 1131.1 40 28.28 1.509 .025 Afastamento (cm) ✻ Local 2784.4 40 69.61 3.714 .001 Espessura ✻ Afastamento (cm) ✻ Local 2420.5 200 12.10 0.646 .000 Residual 12145.3 648 18.74 Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

81

Após a compilação dos dados coletados aplicou-se a análise estatística

ANOVA para apurar se houve influência dos fatores na transmissão do Wi-Fi, bem

como a interação entre os três fatores (Espessura, Afastamento (cm) e Local).

Consequentemente, foram avaliadas quatro espessuras de blocos sendo

dispostas na face superior do instrumento de verificação da atenuação do Wi-Fi. As

espessuras dos blocos eram de 7,5 cm, 10 cm, 12,5 cm e 15 cm.

Conforme descrito na análise da ANOVA (Tabela 12), os dados estatísticos

referentes à espessura foram significativos e seus resultados podem ser verificados

nos gráficos a seguir.

Figura 43 – Leituras de sinal Wi-Fi em função de espessura dos Bloco de Concreto Celular Auto Clavado e afastamento do leitor de sinal Wi-Fi até o transmissor.

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

As medições realizadas obtiveram alguns gráficos de interação entre os

fatores considerados, como mostra a Figura 43. Os dados estatísticos representados

neste gráfico evidenciam que cada afastamento está fixado e ao percorrer a

espessura do BCCA há interação entre a variável Espessura e o afastamento do

leitor de sinal Wi-Fi.

Portanto, observa-se que houve uma atenuação com maior destaque nas

leituras com distâncias de 0 cm e 40 cm. A partir de 80 cm as leituras mantiveram

uma constante. Uma observação é que ao efetuar a leitura do bloco com espessura

de 12,5 cm a um afastamento de 0 cm, houve um abatimento maior na leitura. Esse

efeito pode ser observado no gráfico da Figura 43.

82

O objetivo deste estudo não é entrar nos campos que a física proporciona,

através de equações aplicadas à solução que o BCCA de espessura 12,5 cm obtém

um comportamento diferenciado. Foi elaborado um método comparativo, porém

como forma avaliativa, foi aplicado o cálculo presente no referencial teórico, para

definição do comprimento da onda utilizada neste estudo.

λ = 𝑐𝑐𝑓𝑓

Em que:

λ = comprimento da onda em m.

c = velocidade de propagação (velocidade da luz).

f = Frequência usada no roteador (2,4 GHz).

Ao aplicar os valores de referência encontrou-se um comprimento de 12,5 cm,

ou seja, a mesma dimensão da espessura do BCCA.

Porém, alguns fenômenos podem interferir na propagação do sinal

eletromagnético devido a características particulares do objeto incidido, tais como a

reflexão, espalhamento e rugosidade do objeto (EL; MELLO, 2006).

Quando estes fenômenos são combinados, acabam por fazer com que o sinal

percorra diversos caminhos da origem até seu destino. Ao chegar ao destino, essa

modificação no sinal pode sofrer variações tanto positivas quanto negativas, ou seja,

melhora ou degradação do sinal recebido.

Com o fenômeno da reflexão, esta pode sofrer distorções devido à rugosidade

e ângulo de incidência das ondas eletromagnéticas. Logo, neste conceito, atenta-se

ao fato de que o BCCA possui uma superfície porosa.

Em relação ao espalhamento descrito pelo autor, há interferência quando a

onda incide sobre um objeto e este possui as mesmas dimensões do comprimento

da onda. Isso ocasiona atenuação no sinal e o reflete em diversas direções. Como

exemplo a ser observado, tem-se o gráfico destacado anteriormente na Figura 43,

com BCCA de espessura 12,5 cm e a onda com comprimento 12,5 cm.

No momento em que as variáveis de espessura do bloco interagem com o

local de medição, são criados padrões de gráficos praticamente idênticos, porém um

ponto de medição se destaca no gráfico: CS (central superior) localizado no centro

da face superior, onde são fixados os corpos de prova junto à única abertura da

caixa metálica. O ponto com menor abatimento (CS) se comporta de acordo com o

83

referencial teórico, pois sua superfície (BCCA) não metálica e de menor densidade

gera um nível de reflexão e espalhamento das ondas menor que a superfície da

caixa (alumínio).

Esses dados podem ser visualizados no gráfico da Figura 44. Novamente

observa-se que houve um pequeno abatimento na leitura quando utilizada a

espessura de 12,5 cm. Nesse gráfico são fixados cada um dos locais, bem como e

percorrendo as espessuras dos BCCA.

Figura 44 - Leituras de sinal Wi-Fi em função de Espessura do Bloco de Concreto Celular Auto Clavado e Local da medição conforme etiqueta orientativa

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Os gráficos de superfícies mostrados a seguir foram elaborados com o

objetivo de demonstrar a variabilidade da atenuação do sinal em função da

espessura do BCCA utilizado, assim como a variação pela distância de medição.

Uma sequência de gráficos compostos por uma superfície (superior) que

mostra a disposição das leituras efetuadas e suas variações em relação à espessura

do bloco, afastamento do medidor e o local da medição. Os gráficos mostram a

variação da leitura bem como uma interpretação visual de seu comportamento

quando as espessuras e a distância das medições variam entre si.

Cada figura é composta por um conjunto de seis gráficos, cada um com uma

distância de medição e cada figura com uma espessura de bloco (ou calibração). Os

gráficos foram elaborados para possuírem a mesma escala de representação da

superfície, sendo que o eixo X é referente à medida da largura junto ao piso

(horizontal), e o eixo Y é a medida da altura da face (vertical).

84

Os dois primeiros gráficos retratados pelas figuras 45 e 46 representam a

forma de calibração dos dados, ou seja, quanto totalmente aberto não há qualquer

barreira entre a abertura da caixa metálica e o medidor de ondas eletromagnéticas.

A segunda situação é uma barreira metálica alocada na abertura do posicionamento

do corpo de prova. Essa barreira tem como finalidade bloquear totalmente ou

uniformemente a caixa metálica.

Figura 45 - Leituras de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova totalmente aberto

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Na figura acima os gráficos para cada afastamento mostram o

comportamento da impressão digital da atenuação eletromagnética quando a caixa

metálica possui sua abertura livre. Está claro que o maior sinal lido está realmente

no ponto central da face superior. Há algumas deformidades em distâncias

específicas (0 cm, 40 cm e 120 cm), que podem ser devidas às reflexões das ondas

exercidas no interior da caixa metálica e os ângulos de incidência do transmissor.

Na próxima figura (Figura 46) os gráficos elaborados mostram uma redução

do pico central da face. Isso se dá devido à instalação da placa metálica na abertura

dos corpos de prova. Constata-se que há um bloqueio em relação à figura anterior

85

(Figura 45). Mesmo a caixa estando totalmente fechada, a leitura não está

homogênea e ao contrário de todos os outros gráficos onde há um corpo de prova

(BCCA) ou totalmente aberto, o pico não é no centro, pois este está sendo blindado

da mesma forma que as laterais da caixa.

Figura 46- Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova totalmente fechado

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

86

Figura 47 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 7,5 cm

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Já a Figura 47 mostra a impressão digital para a espessura de BCCA de 7,5

cm, onde se verifica que em todas as distâncias de afastamento do medidor há uma

leitura maior junto ao ponto central.

Contudo, há um ponto de atenção em um dos gráficos. Quando o

afastamento estiver em 120 cm a leitura é maior em uma extremidade. Pode ser

observado o mesmo comportamento neste afastamento para os gráficos das figuras

anteriores. Devido aos parâmetros serem idênticos às demais medições, leva-se a

crer que este padrão de deformidade junto à face posterior é devido ao ângulo de

incidência do receptor.

O último afastamento, de 200 cm, está representado em formato mais

planificado devido às medições estarem mais baixas, ou seja, próximo à situação

com bloqueio total de sinal.

87

Figura 48 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 10 cm

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Ao comparar os gráficos da Figura 48, observa-se um comportamento

semelhante ao anterior (7,5 cm) quando o bloco possui espessura de 10 cm. Uma

observação particular nesse conjunto de gráficos é para o afastamento de 40 cm,

quando há um aumento de sinal com maior destaque no ponto central da caixa

metálica, ou seja, junto à abertura de fixação do corpo de prova. Novamente, para o

afastamento de 120 cm há uma leitura maior em uma das arestas (a mesma da

espessura 7,5 cm).

88

Figura 49 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 12,5 cm

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Os gráficos da Figura 49 representam os dados lidos para o BCCA com

espessura de 12,5 cm. Basicamente a malha obtida nesse conjunto não diverge dos

anteriores, porém há um ponto específico que será destacado. Quando a leitura do

sinal estiver na distância de 0 cm, há uma leitura muito baixa em um dos cantos.

Apenas nesse bloco ocorreu esse tipo de fenômeno, o restante seguiu uma leitura

similar entre si.

89

Figura 50 - Leitura de sinal Wi-Fi em potência absoluta (dbm) da face superior do dispositivo de transmissão de sinal Wi-Fi, com corpo de prova de espessura 15 cm

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Para a espessura do BCCA de 15 cm nota-se uma discreta variação quando a

distância lida for de 40 cm. O restante das medições possui características próximas

dos blocos anteriores.

Quando a variável do eixo horizontal é referente ao afastamento e há

interação com a Espessura do bloco, observam-se, na Figura 51, padrões

específicos de linearidade onde os dois extremos dos afastamentos mostram a

variação entre totalmente fechado e totalmente aberto. Porém, os dados estatísticos

evidenciam que para cada distância medida houve uma equivalência proporcional

para todos os blocos. A mudança de afastamento está desenhada mapeando sua

variação em relação ao transmissor. O afastamento mostrado aqui leva em conta a

naturalidade da perda de sinal devido à perda da potência pela distância.

Ao se considerar o afastamento da medição do sinal, a análise da ANOVA

mostra que há significância nos dados lidos.

90

Figura 51 - Interação entre os fatores de afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal Wi-Fi) e a Espessura dos Blocos de Concreto Celular Autoclavado na medição do sinal Wi-Fi

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

O da Figura 52 mostra a interação entre os fatores de Afastamento (eixo

horizontal) e o local de medição. Nota-se que o local é fixado e assim percorre-se a

variação do afastamento da medição. O ponto central da face superior novamente

destaca-se pela maior atenuação dos dados e o restante dos pontos mantêm o

mesmo padrão proporcional ao aumento do afastamento.

Figura 52 - Interação entre os fatores de Afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal

Wi-Fi) e Local na medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) do sinal Wi-Fi

Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

O terceiro fator analisado é o local da medição. Segundo a análise da ANOVA

os dados são significativos.

Há um ponto explícito nos dados representados na Tabela 13. Para a

espessura de FECHADO, constata-se que em todos os locais de medição houve um

91

bloqueio no sinal eletromagnético, porém quando as leituras foram coletadas junto

ao ponto central da face superior (CS) a atenuação se intensifica ao mesmo tempo

em que há menor atenuação, que é proporcional ao corpo de prova. Portanto, o

corpo de prova com espessura 15 cm torna-se uma exceção e mostra maior

atenuação que o de espessura 12,5 cm.

Tabela 13 - Interação entre fatores de Local medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) e Espessura do Bloco de Concreto Celular Auto Clavado na medição do sinal Wi-Fi LOCAL DAS MEDIÇÕES DO SINAL WI-FI

ESPESSURA CORPO DE PROVA

ABERTO 7,5 cm 10 cm 12,5 cm 15 cm FECHADO

DCS -39,65 -39,84 -39,20 -40,59 -39,31 -47,59 ECS -38,74 -38,95 -40,27 -40,22 -41,19 -47,00 FCS -41,61 -41,63 -42,14 -40,42 -40,08 -44,90 FDS -40,90 -40,54 -39,84 -40,94 -42,02 -47,20 FES -41,02 -40,96 -41,05 -43,45 -41,35 -48,29 PCS -37,59 -37,99 -38,71 -39,60 -38,97 -45,71 PDS -41,97 -39,64 -40,55 -40,28 -41,41 -47,83 PES -40,87 -42,05 -41,40 -42,53 -40,91 -47,87 CS -28,28 -30,87 -30,57 -33,99 -31,5 -43,07 Observação: CS= centro superior, FES= frontal esquerda superior, FCS = frontal superior, FDS= frontal direita superior, DCS= direita central superior, PDS= posterior direita superior, PCS= posterior central superior, PES= posterior esquerda superior e ECS= esquerda central superior. Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Observa-se na Tabela 14 que a variação do afastamento em relação ao local

de medição segue um padrão regular. Porém, constata-se que para o afastamento

de 0 cm ocorre uma anomalia em se tratando da uniformidade comentada

anteriormente, especificamente na parte posterior da caixa metálica (PCS, PDS e

PES).

Tabela 14 - Interação entre os fatores de Local medição (conforme disposição das etiquetas fixadas no layout) e Afastamento (distância entre o leitor e transmissor de sinal Wi-Fi) na medição do sinal Wi-Fi LOCAL DAS MEDIÇÕES DO SINAL WI-FI

AFASTAMENTO (cm)

0 40 80 120 160 200

DCS -36,93 -37,04 -38,16 -40,76 -41,81 -43,20 ECS -33,08 -33,75 -41,09 -40,90 -41,45 -42,19 FCS -39,81 -39,46 -40,98 -42,54 -42,67 -44,22 FDS -36,23 -38,46 -41,99 -41,46 -42,67 -44,62 FES -32,46 -40,73 -42,91 -42,03 -43,83 -44,13 PCS -30,87 -38,20 -36,66 -39,36 -40,02 -40,40 PDS -34,55 -42,06 -43,59 -42,77 -43,96 -44,92 PES -31,16 -38,14 -43,03 -44,08 -44,05 -44,73 SC -12,33 -22,00 -30,89 -32,81 -35,86 -35,79

92

Observação: CS= centro superior, FES= frontal esquerda superior, FCS = frontal superior, FDS= frontal direita superior, DCS= direita central superior, PDS= posterior direita superior, PCS= posterior central superior, PES= posterior esquerda superior e ECS= esquerda central superior. Fonte: Elaborada pelo autor (2018).

Este estudo avaliou a atenuação das ondas eletromagnéticas através de

múltiplos ensaios elaborados dentro das normas vigentes e de acordo com a

bibliografia descrita por vários pesquisadores. Os resultados encontrados foram

sutis, porém com valores relevantes para que se possa continuar com futuros

métodos que complementem este estudo, como a utilização de câmaras específicas

para bloqueios totais das ondas eletromagnéticas.

Ao ser executado o método com a finalidade de testar a atenuação

eletromagnética do bloco, segundo as interações dos resultados e gráficos, pode se

afirmar que a espessura do BCCA utilizado foi significativa para variação do

resultado, bem como a distância do leitor de sinal e local de medição na face

superior do modelo de medição.

Há um fenômeno que deve ser estudado na forma de física que compreende

a interface do dimensional entre comprimento de onda eletromagnética e espessura

do material utilizado (12,5 cm).

93

5. CONSIDERAÇÕES FINAIS

Este estudo teve como objetivo avaliar a interferência do BCCA na

transmissão eletromagnética em função da composição do material. Realizou-se,

primeiramente, uma revisão de literatura compreendendo as etapas projetadas para

a elaboração dos experimentos, elaborando métodos normatizados e citados pelos

autores. Há várias teorias relacionadas com a transmissão eletromagnética e

materiais, contudo, não foi encontrado um referencial teórico específico para BCCA

como o proposto por esse estudo.

A partir disso, foi construído um protótipo de medição automatizado para

avaliar a atenuação do sinal eletromagnético composto por um cubo metálico, um

transmissor de Wi-Fi e um leitor de sinal Wi-Fi. Esse protótipo contou com a

elaboração de um aplicativo capaz de coletar 81.000 impressões digitais dos sinais

emitidos no entorno do layout estabelecido e amostras dos BCCA.

Para compreensão do comportamento do material estudado (BCCA) foram

realizados ensaios de caracterização. Dentre as caracterizações abordadas

destacam-se: FRX, DRX, MEV, opacidade ao raio X, reconstituição de traço IPT

BCCA (Al2O3) e avaliação da emissão do Wi-Fi.

Dentre os principais resultados obtidos com este estudo observou-se que não

ocorreu a blindagem eletromagnética no protótipo de medição desenvolvido, apesar

deste contar com uma dupla camada (interna e externa). Portanto, foi necessário

executar uma calibração do dispositivo (abertura com barreira e abertura sem

barreira de sinal) para a medição da atenuação do sinal Wi-Fi. A média do sinal lido

com barreira (totalmente fechado) foi de -46,61 dbm enquanto que a leitura com

sinal totalmente aberto foi de -38,96 dbm.

Desse modo, para os testes de atenuação de sinal eletromagnético, os

BCCAs utilizados para o experimento provocaram um discreto bloqueio de 1,6% (na

média dos corpos de prova), porém com uma evidente presença de blindagem

eletromagnética ao sofrer aumento de sua espessura. Houve, também, uma perda

de sinal quanto ao afastamento do medidor. No que diz respeito ao deslocamento

em relação à distância de medição, houve uma variação próxima de ser linear com

uma perda de 38,63% do ponto mais próximo (0 cm) até atingir o ponto mais

distante da medição (200 cm).

94

Complementando esta análise, observou-se que o BCCA com espessura 12,5

cm obteve um comportamento diferenciado com relação aos demais corpos de

prova, o que levou a ser observado o comprimento da onda eletromagnética sendo

utilizada, que é de 12, 50 cm.

Para mais, ao observar os resultados obtidos pelo MEV, pode-se chegar à

conclusão de que as imagens obtidas são semelhantes ao referencial teórico, porém

inconclusivas quanto à evidência de presença de alumínio na forma metálica. Outro

resultado que condiz com a teoria abordada pelos autores é o fato dos testes de

DRX e FRX terem seus valores semelhantes à revisão teórica deste estudo. Ambos

apontam para um material gerado em sua fase de fabricação: a tobermorita.

Por fim, este estudo contribuiu para o conhecimento no estudo do BCCA em

sua interface com o sistema construtivo, a física e a tecnologia da informação, onde

a interação do ser humano interagir tende a aumentar e se tornar mais dependente

com o passar do tempo. Houve uma contribuição positiva para as empresas

fabricantes de BCCA qualificarem seu produto quanto à questionamentos em

relação ao bloqueio eletromagnético. Determinada a importância deste tema,

assinala-se que haverá oportunidades de se percorrer outras investigações nesse

mesmo campo.

95

6. SUGESTÃO PARA TRABALHOS FUTUROS

A construção do dispositivo para medição da atenuação das ondas

eletromagnéticas desse estudo não obteve uma blindagem total do sinal

eletromagnético, embora evidenciou-se um bloqueio parcial bem como a variação da

medição conforme os fatores deste método (espessura do BCCA, local da medição

e distância do transmissor). Sendo assim, sugere-se a comparação dos resultados

obtidos neste estudo com uma metodologia que compreenda um dispositivo de

bloqueio total de sinal eletromagnético, como uma câmera anecoica.

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REFERÊNCIAS

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