MCRICE
Compósitos à base de resíduos de casca de arroz, borracha e de cortiça para revestimentos e isolamentos.
O Projeto
Este projeto tem como principal objetivo desenvolver materiais inovadores, a partir de compósitos que incorporem na sua composição resíduos de casca de arroz, de borracha e de cortiça.
O projeto está assente numa abordagem experimental, desde a formulação de matrizes compósitas preparadas a partir de diferentes proporções de cada um dos resíduos até à validação final em soluções construtivas que integrem os materiais compósitos desenvolvidos. O processo de desenvolvimento será orientado por exigências funcionais identificadas em estudos preliminares, devendo estas considerar requisitos regulamentares aplicáveis e níveis de desempenho compatíveis com as necessidades do mercado. O desenvolvimento será, ainda, conduzido tendo em consideração princípios de conceção ecológica numa perspetiva de ciclo de vida.
PROMOTORES
O projeto será executado em consórcio pela Amorim Isolamentos (AISOL), líder no mercado de isolamentos de cortiça expandida, pela LogAcústica, empresa de referência em Portugal na prestação de serviços de Engenharia Acústica aplicada a edifícios, pela Flexocol, empresa especialista no desenvolvimento e fabrico de peças industriais em borracha natural ou sintética, e pelo Itecons, Entidade do Sistema Científico e Tecnológico (SCT) vocacionada para o desenvolvimento de novos sistemas e processos construtivos, com vasta experiência no desenvolvimento e caracterização de materiais com elevado desempenho mecânico, higrotérmico e acústico.
OBJETIVOS
Numa época em que fragilidades económicas e ambientais colocam novos desafios ao sector produtivo, esta candidatura apresenta um projeto inovador cujo objetivo principal se centra no desenvolvimento de novos materiais compósitos com elevado desempenho dinâmico, térmico e acústico, produzidos a partir de resíduos de casca de arroz, borracha e cortiça.
Podemos, então, enumerar os seguintes objetivos para o projeto:
i) criar novos materiais compósitos com elevado valor comercial e com elevado potencial de exportação;
ii) criar novos materiais compósitos, com elevado valor funcional ao nível do comportamento dinâmico, térmico e acústico;
iii) criar novos materiais compósitos sustentáveis, com uma elevada taxa de incorporação de resíduos e subprodutos provenientes de diferentes sectores produtivos.
Apesar de existirem diversos estudos sobre materiais compósitos com incorporação de resíduos e subprodutos, continua a existir uma enorme oportunidade tecnológica na otimização de novos materiais capazes de responder eficazmente e com elevados níveis de desempenho às exigências da arquitetura moderna e da construção sustentável. A incorporação de resíduos e subprodutos permitirá, neste sentido, não apenas desenvolver um produto mais ecológico, mas também otimizar o desempenho funcional do produto final, nomeadamente no que diz respeito ao desempenho dinâmico, térmico e acústico. Os produtos finais a desenvolver deverão, ainda, respeitar todas as normas aplicáveis, demonstrando propriedades mecânicas, de durabilidade e reação ao fogo compatíveis com as aplicações pretendidas, bem como ser submetidos a uma cuidada análise de sustentabilidade.
Pretende-se que os novos materiais compósitos satisfaçam diversos requisitos, nomeadamente que: (i) respeitem as exigências impostas por normas de especificação de produto aplicáveis; (ii) apresentem um desempenho funcional pelo menos equivalente ao de produtos concorrentes (menos sustentáveis); (iii) constituam uma solução economicamente competitiva, permitindo apresentar vantagens mensuráveis em termos de características mecânicas, higrotérmicas, acústicas, de durabilidade, facilidade de produção e aplicação, que a tornem uma alternativa viável às soluções atualmente existentes no mercado; (iv) apresentem elevados níveis de durabilidade, garantindo a manutenção das suas propriedades ao longo do tempo de vida do produto.
PRINCIPAIS RESULTADOS
T1.1 – Estudo da regulamentação aplicável em diferentes mercados alvo
Esta tarefa teve como principal objetivo a identificação, levantamento e análise da regulamentação aplicável no âmbito do projeto, abrangendo as especificações de produto e, também, os procedimentos de ensaio adequados.
O estudo das exigências regulamentares foi realizado tendo em consideração as aplicações previstas para os materiais compósitos em desenvolvimento e os mercados-alvo de potencial interesse comercial, resultando um conjunto de informações técnicas e científicas de suporte para as seguintes tarefas.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T1.2 – Análise de sistemas concorrentes e respetivas aplicações a nível internacional
Esta tarefa teve como objetivo a realização de um levantamento e análise de produtos existentes no mercado, que possam concorrer com os produtos em desenvolvimento em termos de aplicação e de matérias-primas utilizadas. Foram, ainda, estudadas as soluções mais relevantes envolvendo outros materiais compósitos e outros resíduos com relevância para o âmbito do projeto.
Sobre a informação recolhida, foi realizado um trabalho de sistematização que permitiu comparar características técnicas e reconhecer limitações funcionais, antecipar riscos e, simultaneamente, identificar estratégias eficazes a aplicar no desenvolvimento e fabricação dos novos materiais compósitos.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T1.3 – Definição de exigências funcionais e de sustentabilidade
Esta tarefa teve como principal objetivo a identificação, levantamento e análise das exigências funcionais e de sustentabilidade aplicáveis aos produtos a desenvolver no âmbito deste projeto.
Dada a natureza dos diferentes tipos de aplicação previstos, as principais funções inerentes aos novos materiais compósitos são de ordem mecânica, higrotérmica e acústica. Pretende-se, igualmente, que as soluções desenvolvidas reúnam qualidade estética, bom desempenho ambiental, adequada durabilidade e comportamento ao fogo. Outras características importantes são a facilidade de fabrico e de aplicação que, inevitavelmente, têm influência na competitividade dos produtos no mercado.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T2.1 – Estudo de formulações de materiais compósitos produzidos a partir de casca de arroz, integrando resíduos de borracha e de cortiça
Nesta tarefa foram realizados estudos de caracterização e de compatibilidade entre diferentes materiais a utilizar nas misturas, bem como uma análise térmica dos mesmos de forma a aferir o comportamento dos materiais à ação do calor.
O estudo de formulações incluiu a análise de diversas variáveis, tais como a quantidade relativa de cada componente, a granulometria dos resíduos e diferentes tipos de resina compatível com o processo de fabrico, tendo ainda em consideração a contribuição destes fatores para o impacte ambiental das soluções finais. Foram, ainda, definidas formulações com diferentes massas volúmicas, de forma a avaliar a influência desta propriedade física.
Neste estudo foram, ainda, consideradas amostras contendo diferentes tipos de aglomerante. Para cada um, foi realizado um estudo de libertação de compostos orgânicos voláteis.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T2.2 – Ensaios de caracterização preliminares das várias formulações
Tendo em conta as exigências funcionais e de sustentabilidade identificadas, foram identificados os ensaios para caracterização dos produtos a desenvolver, tendo em conta fase do projeto e as diferentes formulações.
Foram realizados os seguintes ensaios de caracterização preliminares das várias formulações:
Condutibilidade térmica
Reação ao fogo (ensaio de ignitabilidade)
Permeabilidade ao vapor de água
Absorção de água
Absorção sonora (tubo de impedância)
Índice de isolamento a sons de percussão (ΔL)
Resistência mecânica (corte)
Resistência mecânica (compressão a 10% de deformação)
Resistência mecânica tração perpendicular às faces
Estabilidade dimensional
Resistência biológica
Libertação de compostos orgânicos voláteis (COVs)
Esta tarefa encontra-se concluída.
T2.3 – Modelação numérica de soluções construtivas integrando os materiais compósitos preparados
Com esta tarefa pretende-se realizar uma análise dos materiais compósitos através de métodos analíticos estudados isoladamente e em simulações do seu comportamento integrados em soluções construtivas. Assim, no âmbito desta tarefa estão a ser desenvolvidos modelos para a simulação do comportamento térmico e acústico dos novos materiais.
Com este objetivo, foram identificados os principais parâmetros a serem analisados e estudados procurando, sempre que possível, validar os modelos analíticos através de resultados experimentais.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T3.1 – Desenvolvimento e otimização dos materiais compósitos formulados, com vista às diferentes aplicações
Ao longo desta tarefa, foram elaborados estudos de desenvolvimento e otimização para cada uma das aplicações previstas. Neste sentido, foram selecionadas as formulações mais adequadas para a fase de prototipagem, a partir da análise comparativa dos resultados dos ensaios preliminares. Este processo de desenvolvimento e otimização esteve, ainda, orientado pelas exigências funcionais identificadas nos estudos preliminares.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T3.2 – Análise das condições de fabrico dos novos produtos
Visto que o projeto tem como um dos seus principais objetivos o desenvolvimento de produtos que possam vir a integrar os catálogos das empresas promotoras, a capacidade de adaptação do processo de fabrico aos produtos em desenvolvimento é um fator fundamental para o sucesso do projeto.
Assim, com esta tarefa procedeu-se a uma análise e levantamento que as implicações da introdução de novos materiais no processo de produção pudessem exigir na unidade de fabrico, nomeadamente no que diz respeito ao aprovisionamento, armazenamento, manuseamento e doseamento dos mesmos. Para além disso, foi também analisada a necessidade de adaptar/configurar a unidade de produção atualmente existente.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T3.3 – Prototipagem dos novos produtos
No âmbito desta tarefa, estão a ser preparados modelos funcionais dos novos produtos com dimensões semelhantes às de aplicações reais, tendo esta tarefa a relevante função de estudar as condições de escala a nível do fabrico, do desempenho e da aplicação. Neste sentido, foram selecionadas e otimizadas as misturas tecnicamente mais adequadas.
Atualmente, estão a ser preparados modelos de teste em quantidade compatível com as necessidades de ensaio e de estudo de compatibilidade do estudo de aplicação/validação. Com esta objetivo, estão a ser preparados protótipos de revestimentos de pavimentos, de difusores acústicos e de apoios antivibráticos.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T3.4 – Caracterização física, mecânica, higrotérmica, acústica e de durabilidade dos materiais compósitos preparados
O objetivo desta tarefa consiste em ensaiar os modelos de teste preparados na tarefa anterior no que diz respeito às suas propriedades físicas e mecânicas, considerando as principais aplicações selecionadas. Nesta fase do projeto, a determinação de propriedades dos novos materiais compósitos será efetuada através de metodologias distintas, de acordo com o tipo de aplicação previsto, respeitando a normalização em vigor aplicável a cada tipo de produto.
Os ensaios realizados no âmbito desta tarefa servirão para aferir a necessidade de afinar as características dos compósitos, de modo a poder otimizar algumas das propriedades, nomeadamente em termos de acabamentos. No final desta tarefa estarão caracterizadas as soluções que serão objeto de posterior validação.
Esta tarefa encontra-se a decorrer dentro do previsto.
T3.5 – Análise da compatibilidade dos produtos desenvolvidos com diferentes soluções construtivas
Esta tarefa tem como objetivo desenvolver estudos teórico-experimentais com vista à verificação da adequabilidade das novas soluções construtivas relativamente às diferentes aplicações previstas. No final desta tarefa prevê-se que estejam definidas especificações técnicas dos diferentes produtos (e.g. espessuras, geometrias, massas volúmicas, etc.).
Esta tarefa encontra-se concluída.
T4.1 – Aplicação dos novos produtos em diferentes soluções construtivas
Com esta tarefa, pretende-se selecionar e conceber as soluções construtivas onde os produtos em desenvolvimento poderão ser integrados, com o objetivo de avaliar o comportamento dos produtos. A título de exemplo, no caso dos revestimentos de pavimentos, serão analisados diferentes tipos de suporte previstos, bem como definidos os diferentes tipos de acabamentos. A aplicação dos materiais compósitos em desenvolvimento em soluções construtivas permitirá, assim, avaliar e validar o comportamento dos novos materiais.
Esta tarefa encontra-se a decorrer dentro do previsto.
T4.2 – Avaliação do comportamento mecânico, higrotérmico, acústico e de durabilidade das soluções construtivas
A aplicação dos compósitos em soluções construtivas servirá para avaliar o desempenho dos produtos desenvolvidos enquanto solução aplicada. Serão realizados provetes, de acordo com dimensões normalizadas, sempre que aplicável, para realizar os ensaios mais adequados em ambiente laboratorial.
Esta tarefa encontra-se concluída.
T4.3 – Estudos de avaliação de ciclo de vida das soluções desenvolvidas
Ao longo desta tarefa, decorre a preparação dos estudos de avaliação de ciclo de vida (ACV) das diferentes soluções, com o objetivo de identificar os principais impactes associados ao ciclo de vida destas e comparar os seus desempenhos ambientais com os de soluções concorrentes já presentes no mercado, sempre que possível. Esta tarefa está a ser realizada tendo por base a metodologia preconizada nas normas europeias.
Uma vez que as tarefas referentes às características técnicas dos produtos ainda não estão concluídas, estão ainda a ser recolhidos os dados de inventário necessários para a elaboração da análise de ciclo de vida.
Esta tarefa encontra-se concluída.
LISTA DE PUBLICAÇÕES
(em atualização – última atualização em agosto 2018)
Artigos em conferências:
Marques B., Tadeu A., Almeida J, Rama J. – “Thermal performance of sustainable building wall solutions using rice by-products”, Energy for Sustainability International Conference 2017 – Designing Cities & Communities for the Future. Funchal, Madeira, Portugal, February 8-10, 2017.
Marques B., Almeida J., de Brito J., Tadeu A. – “Impact of density on thermal conductivity of an insulation layer composed of rice by-products”, INternational CongRess on Engineering and Sustainability in the XXI cEntury – INCREaSE 2017. Faro, Algarve, Portugal, October 11-13, 2017.
Marques B., Tadeu A., Almeida J., de Brito J. – “Caracterização de propriedades térmicas de compósitos inovadores com casca de arroz e cortiça expandida”. CLBMCS 2018, Coimbra, Portugal. 14-16 Fevereiro 2018.
António J., Tadeu A., Marques B., Almeida J. – “Acoustic behaviour of new rice husk composites”. Inter-Noise 2018, Chicago, Illinois, USA. 26-29 August 2018.
Artigos em revistas internacionais:
António J., Tadeu A., Marques B., Almeida J.A.S., Pinto V. 2018 – “Application of rice husk in the development of new composite boards”. Construction and Building Materials, Vol. 176, pp.432-439.
Dissertação de mestrado:
Rafaela Silva (2017) “Caracterização de um compósito com casca de arroz e granulado de borracha”. Dissertação de Mestrado Integrado em Engenharia Civil, na área de Especialização em Construções, orientada pela Professora Doutora Julieta Maria Pires António e pelo Professor Doutor António José Barreto Tadeu.
FICHA DE PROJETO
Identificação do projeto
Designação do projeto: mcRICE – Compósitos multifuncionais sustentáveis produzidos a partir de casca de arroz, integrando granulados reciclados de borracha e cortiça
Código do projeto: POCI-01-0247-FEDER-017710
Objetivo principal: Desenvolvimento de materiais inovadores, a partir de compósitos que incorporem na sua composição resíduos de casca de arroz, de borracha e de cortiça.
Região de intervenção: Região Norte, Região Centro e Região Alentejo.
Notificação da aprovação
Data de aprovação: 23/08/2016
Data de início: 01/09/2016
Data de conclusão: 28/02/2019
Custo total elegível: 634.275,18 €
Apoio financeiro da União Europeia: FEDER – 369.334,85 €