De acordo com pt.wedoany.com-Uma pesquisa preliminar da Universidade Politécnica do Estado da Califórnia (California Polytechnic State University, Cal Poly) está utilizando simulação multifísica para correlacionar medições ópticas em nível de tinta com respostas térmicas em nível de sistema construtivo. Os resultados da simulação indicam que tintas refletoras de infravermelho, sob a mesma carga solar, geralmente produzem temperaturas internas médias espaciais mais baixas do que sistemas de pigmentos tradicionais, com diferenças de aproximadamente alguns graus Celsius próximas ao pico de temperatura.
Tintas refletoras de infravermelho são cada vez mais utilizadas para reduzir o ganho de calor solar enquanto mantêm as cores escuras ou saturadas desejadas nas fachadas dos edifícios. A refletância solar é um indicador comum para descrever o desempenho desse tipo de tinta, mas ela apenas reflete a capacidade da tinta de refletir a luz solar, sem demonstrar diretamente o quanto as paredes revestidas, os espaços internos ou o edifício inteiro esfriarão em condições reais. Entre o desempenho óptico e a resposta térmica em nível de edificação, atuam conjuntamente múltiplos fatores, como intensidade solar, vento, temperatura ambiente, construção das paredes, isolamento térmico, massa térmica, ventilação e operação de sistemas de climatização.
Esse tipo de material mantém a cor visível ao refletir uma proporção maior da radiação infravermelha próxima, sendo especialmente importante para tintas escuras. Anteriormente, Ray Fernando, Olivia Everitt e Caleb Hall, da Cal Poly, já haviam comprovado seu potencial em nível de formulação: pigmentos pretos refletores de infravermelho para tintas de fachada apresentam refletância solar significativamente maior do que o negro de fumo tradicional, com aparência visível semelhante. No entanto, a química dos pigmentos não é o único fator determinante; espessura do filme, cor do substrato, tamanho das partículas de carga, brilho, opacidade, reologia e condições de aplicação também influenciam a refletância e o comportamento térmico final.
Para integrar essas variáveis em uma estrutura analítica unificada, o estudante pesquisador Carson Dorough e o professor associado Erik Sapper desenvolveram um modelo acoplado de transferência de calor e fluxo de fluidos baseado no COMSOL Multiphysics. O modelo acopla a radiação solar absorvida na superfície da tinta, a condução de calor nos componentes da parede, a convecção nas fronteiras interna e externa e as variações do estado térmico interno, convertendo as propriedades ópticas em respostas de temperatura mais próximas do uso real. A parede representativa é composta por 12,7 mm de placa de gesso, 50,8 mm de isolamento de poliestireno expandido e uma segunda camada de 12,7 mm de placa de gesso, com densidade, capacidade térmica e condutividade térmica definidas para cada camada de material. A carga solar é calculada com base no espectro de referência ASTM G173, combinado com valores de refletância medidos experimentalmente; a entrada solar varia ao longo de um ciclo diurno de 12 horas; a temperatura externa e a velocidade do vento permanecem fixas em cada caso, a fim de isolar o efeito da escolha da tinta.
As simulações preliminares compararam tintas refletoras de infravermelho com sistemas de pigmentos tradicionais, abrangendo três temperaturas externas e três velocidades de vento fixas, com ambos os cenários partindo do mesmo estado térmico interno. Em todas as condições simuladas, a temperatura interna média espacial das tintas refletoras de infravermelho foi mais baixa, com diferenças de aproximadamente alguns graus Celsius próximas ao pico de temperatura no final do dia.
Esse resultado converte medições espectrais em diferenças perceptíveis de desempenho térmico: os dados de refletância mostram quanto da luz solar a tinta reflete, enquanto o modelo estima o impacto dessa diferença na parede revestida e no ambiente interno adjacente. No entanto, os pesquisadores também alertam que o desempenho da tinta deve ser avaliado em contexto específico. Em climas frios, a redução da absorção solar também pode diminuir o ganho passivo benéfico de calor; portanto, a tinta ideal depende do clima, estação do ano, orientação, construção do edifício e estratégia operacional, e não de um único valor de refletância. O modelo atual possui geometria simplificada, condições externas predefinidas e não foi calibrado com medições em paredes ou ambientes instrumentados; as diferenças de temperatura previstas não devem ser usadas para declarações de desempenho de produto. Seu valor direto reside na triagem comparativa, para avaliar se as vantagens ópticas medidas são suficientes para justificar pesquisas posteriores de formulação, testes de protótipos e validação em campo.
Quando o modelo de elementos finitos é conectado a dados reais de materiais e passa por validação e aprimoramento contínuos, ele constitui a base de um gêmeo digital da tinta. A primeira camada pode correlacionar a refletância espectral e a emissividade térmica com o equilíbrio térmico do substrato revestido; camadas subsequentes podem incorporar arquivos meteorológicos locais, ângulo solar, orientação do telhado ou da parede, geometria do edifício, ventilação, ocupação e controle de climatização. Fatores de envelhecimento também podem ser introduzidos: dados de acúmulo de poeira, rugosidade superficial, calcinação, desbotamento e degradação do veículo obtidos em laboratório e exposição ao ar livre podem ser usados para atualizar as propriedades ópticas no gêmeo digital, estimando a variação do benefício de resfriamento ao longo da vida útil. A análise de sensibilidade também pode comparar os efeitos de sistemas de pigmentos, espessura da tinta, nível de isolamento, construção das paredes, localização geográfica e orientação da fachada, além de identificar situações de retornos decrescentes — se outros caminhos de transferência de calor, como isolamento insuficiente, infiltração de ar ou geração interna de calor, dominarem, o aumento da refletância nem sempre resulta em redução proporcional da temperatura interna; se as previsões forem altamente sensíveis à emissividade térmica, ao teor de umidade ou à refletância envelhecida, essas propriedades devem ser priorizadas em medições reais, em vez de serem tratadas como suposições fixas.
A próxima etapa de validação empírica é crucial para determinar o valor do modelo. Paredes de teste instrumentadas ou pequenos invólucros podem ser usados para comparar dois sistemas de tinta, registrando temperatura superficial, fluxo de calor, temperatura do ar interno, irradiância solar, temperatura ambiente e condições de vento, a fim de determinar as direções de melhoria do modelo e os limites de incerteza. O objetivo deste trabalho não é substituir testes de exposição ao ar livre, estudos de envelhecimento ou modelagem completa de consumo energético de edifícios, mas sim conectar esses elementos por meio de um gêmeo digital validado, reduzindo a triagem experimental cega e permitindo que os laboratórios concentrem recursos nas variáveis de maior impacto.
