Mangifera indica

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Mangifera indica
3º Encontro em Engenharia de Edificações e Ambiental
Cuiabá / Mato Grosso / 16 e 17 de novembro de 2015
ANÁLISE DO COMPORTAMENTO TÉRMICO DE SUPERFÍCIES URBANAS SOB
O SOMBREAMENTO ARBÓREO DA ESPÉCIE MANGUEIRA (Mangifera indica)
Karyn Ferreira Antunes Ribeiro ([email protected])
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso – Campus Cel. Octayde Jorge da Silva
Marcos de Oliveira Valin Jr ([email protected])
Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia de Mato Grosso – Campus Cel. Octayde Jorge da Silva
Flávia Maria de Moura Santos ([email protected])
Universidade Federal de Mato Grosso – Programa de Pós-Graduação em Física Ambiental
Marcos Patrik Vieira Branco ([email protected])
Curso Técnico em Edificações integrado ao Ensino Médio – Instituto Federal de Mato Grosso
Lucas Martins da Costa ([email protected])
Curso Superior de Tecnologia em Controle de Obras – Instituto Federal de Mato Grosso
Jennyffer Amanda Brito Belo ([email protected])
Curso Superior de Tecnologia em Controle de Obras – Instituto Federal de Mato Grosso
Victor André Botelho Rodrigues dos Santos ([email protected])
Curso de Arquitetura – Universidade Federal de Mato Grosso
RESUMO: O objetivo deste estudo foi analisar o comportamento térmico de diferentes materiais utilizados nas
superfícies urbanas, expostos ao sombreamento da espécie arbórea mangueira, tendo como referencial esses
mesmos materiais sem nenhuma cobertura. Com intuito de analisar o desempenho dos materiais em diferentes
condições, foram realizadas medidas de temperaturas internas e superficiais nos seguintes materiais utilizados na
cobertura do solo: solo natural, concreto e asfalto. Foram realizadas também medidas da temperatura e umidade
nos diferentes locais em três período: manhã, tarde e noite. Os resultados indicam que a mangueira, comumente
encontrada em Cuiabá, obteve desempenho térmico favorável. O material que apresentou menores temperaturas
nas diferentes localidades foi o solo. A maior diferença térmica interna entre a mangueira e o local sem
sombreamento ocorreu no período da tarde, com uma diferença de 12.33°C, para o material asfalto. Por tanto
cabe ressaltar a influência do sombreamento arbóreo para proporcionar melhor desempenho térmico nos
materiais construtivos excessivamente presente nas cidades e habitações.
Palavras-chave: Sombreamento. Mangueira. Superfícies urbanas.
BEHAVIOR ANALYSIS OF SURFACE URBAN HEAT UNDER THE SHADE tree
MANGO TREE SPECIES (Mangifera indica)
ABSTRACT: The objective of this study was to analyze the thermal behavior of different materials used in
urban surfaces exposed to shade the tree species hose, taking as reference those same materials without any
coverage. In order to analyze the performance of materials under different conditions, measurements were made
of internal and surface temperatures in the following materials used in land cover: natural soil, concrete and
asphalt. They were also performed temperature measurements and humidity in different locations. The results
indicate that the hose, commonly found in Cuiaba, obtained a favorable thermal performance. The material
presented lower temperatures in different locations was the soil. Most internal thermal difference of different
locations occurred between the hose and the site without shading at 12:00 pm in the asphalt material, with 16.4 °
C unless the site shaded by mango. It is worth noting the importance of trees in cities to provide better thermal
comfort to users.
Keywords: Shading. Mango tree. Urban surfaces.
1_INTRODUÇÃO
Os materiais de uso corrente no ambiente urbano como concreto e asfalto, apresentam
diferenças significativas nas suas propriedades térmicas (incluindo a capacidade de absorção e
transmissão de calor) e propriedades radiativas da superfície (reflexão e emissividade) quando
comparados com os materiais presentes nas áreas rurais (OKE, 1982 apud OLIVEIRA, 2011).
Isso ocorre, pois, os materiais tipicamente inseridos nos meios urbanos possuem em média,
menor albedo, menor capacidade térmica e maior condutividade de calor, com isso
absorvendo e emitindo maior quantidade de energia.
O sombreamento proporcionado pelas copas das árvores tem um papel importante na
atenuação da radiação e consequentemente amenizando as temperaturas adjacentes. Segundo
Assis (2012), os efeitos diretos do sombreamento pela vegetação podem ser quantificados por
meio das medições da temperatura de superfície de materiais expostos e protegidos pelas
copas das árvores.
Para Oliveira (2011) uma das soluções para amenizar os problemas causados pela excessiva
impermeabilização do solo por materiais que aumentam a amplitude térmica nas cidades é
tratar o meio urbano com vegetação, por meio da arborização de vias públicas, criação de
áreas de preservação, praças, parques, entre outros.
A arborização urbana desempenha funções muito importantes nas cidades, desde
sombreamento para pedestre e carro até o melhoramento da qualidade do ar. Segundo
Almeida Júnior (2005), as espécies arbóreas mais utilizadas pela Prefeitura de Cuiabá/MT
para arborização urbana são: Chuva de ouro, Flamboyant, Ficu, Mangueira, Oiti, Sibipiruna,
Sete copas e Tarumã.
A mangueira (Mangifera indica) é uma espécie apropriada para o clima de Cuiabá, pois se
adaptam com as condições locais e proporciona alterações microclimáticas positivas em
função do sombreamento promovido (ALMEIDA JÚNIOR, 2005). Segundo Lima Neto e
Melo e Souza (2011) a árvore da espécie mangueira é importante atrativo para fauna por
causa do seu fruto, o grande problema que geralmente apresenta é o sistema radicular que não
responde bem ao solo urbano compactado, levantando por vezes as construções.
Outro fator que está interligado com as copas das árvores é o IAF (índice de área foliar), pois
quanto mais densa a copa, maior é o seu valor. O IAF é a relação entre a superfície foliar e a
superfície de projeção da copa no solo (m² /m²), utilizado para avaliar o desenvolvimento das
plantas, que irá influenciar no fluxo de calor no solo e nas temperaturas superficiais das áreas
sombreadas. Assim sendo, os benefícios da arborização urbana se estendem para qualquer
local (DURANTE E NOGUEIRA, 2013).
O objetivo deste estudo foi analisar o comportamento térmico de diferentes materiais
utilizados nas superfícies urbanas, expostos ao sombreamento da espécie arbórea mangueira,
tendo como referencial esses materiais sem nenhum sombreamento arbóreo.
RIBEIRO, K. F. A.; VALIN JR, M. O. V.; SANTOS, F. M. M.; BRANCO,
M. P. V.; COSTA, L. M.; BELO, J. A. B.; SANTOS, V. A. B. R. dos.
Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.
2_MATERIAS E MÉTODOS
Esta pesquisa foi desenvolvida na cidade de Cuiabá (Figura 1), no campus da Universidade
Federal de Mato Grosso (UFMT). Segundo Sampaio (2006) apud Santos (2008), o clima de
Cuiabá é do tipo AW de Koppen (temperaturas elevadas, chuva no verão e seca no inverno),
isto é, Tropical semiúmido, com quatro a cinco meses secos e duas estações bem definidas,
uma seca (outono-inverno) e uma chuvosa (primavera-verão).
Figura 1 - Localização de Cuiabá - MT.
Fonte: IPDU (Instituto de Pesquisa e Desenvolvimento Urbano) de Cuiabá, 2006.
O campus da UFMT, fica localizado na Av. Fernando Correa da Costa, apresenta uma área de
74 hectares, sendo caracterizado por um ambiente heterogêneo, com diferentes superfícies
urbanas de uso e ocupação do solo (CAMPOS NETO, 2007).
A Figura 2, mostra a localização dos pontos onde foram coletados os dados das temperaturas
internas e superficiais. A espécie arbórea mangueira em estudo está localizada em frente e o
local sem sombreamento arbóreo está localizado na lateral do bloco da Pós-Graduação em
Física Ambiental (PGFA).
Figura 2 - Localização dos pontos de coleta.
Fonte: Google Earth adaptado, 2015.
RIBEIRO, K. F. A.; VALIN JR, M. O. V.; SANTOS, F. M. M.; BRANCO,
M. P. V.; COSTA, L. M.; BELO, J. A. B.; SANTOS, V. A. B. R. dos.
Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.
Para a realização desta pesquisa foram confeccionadas placas de tamanhos variados de
materiais construtivos de solo, concreto e asfalto. As placas foram confeccionadas das
seguintes formas:
Placa de solo – O solo utilizado nas placas foi da região da Baixada Cuiabana, denominado
solo saprolítico de filito (RIBEIRO, 2006). O solo estava com 21% de umidade ao ser
compactado. Foi utilizado um corpo-de-prova de concreto (15x30 cm) como soquete para
compactar o solo na forma de madeira. As dimensões das placas de solos foram 60x60x10
cm, possuindo 3 unidades, conforme Figura 3.
Figura 3 - Placas de solo – (a) compactando o solo na placa – (b) as placas prontas.
(b)
(a)
Placa de concreto – O concreto foi dosado na betoneira com o traço (1:2.12:2.88:0.5 –
cimento:areia:brita:água), lançado, e adensado com uma haste metálica em formas de madeira
com dimensões (20x20 cm). A cura foi realizada por 7 dias, através de molhagem com água,
sendo, na sequência, coberto por lona, logo após a molhagem. As dimensões das placas de
concreto foram 30x30x10 cm, foram confeccionadas 8 unidades, pois seria difícil manusear
uma placa com maiores dimensões devido ao peso, conforme a Figura 4.
Figura 4 - Placas de concreto - (a) com as fôrmas de madeira - (b) as placas prontas
(a)
(b)
Placa de asfalto – A placa de asfalto foi confeccionada com traço (1:4,81:10,3:2,06:0,3 –
emulsão:areia:pedrisco:brita:água) de pré misturado à frio (PMF), muito utilizado em “tapa
buracos” nas cidades. O ligante usado foi a emulsão asfáltica (RL 1C) e os agregados foram:
areia, pedrisco e brita 1. O material foi homogeneizado, lançando e compactado com soquete
padrão de asfalto na forma de madeira. Segundo o fabricante a emulsão asfáltica RL 1C: é um
sistema constituído de uma fase asfáltica (glóbulos com diâmetro médio 3 micras) dispersa
em uma fase aquosa química tenso-ativa, para aplicação à temperatura ambiente, em serviços
de pavimentação asfáltica e a cura da mistura asfáltica se processará pela evaporação da
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Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.
umidade contida na mesma. As dimensões das placas de asfalto foram de 30x30x10 cm,
sendo inviável confeccionar em maiores dimensões, por causa do peso. O total de placas
confeccionadas foram 8 (oito), conforme Figura 5.
Figura 5 - Placas de asfalto.
2.1 Descrições dos equipamentos utilizados
As coletas dos dados foram realizadas de 18/03/2014 à 04/05/2015 no período quente-úmido.
Os dados da temperatura interna dos materiais foram registrados a cada 10 minutos, sendo
utilizados equipamentos dataloggers do modelo HOBO U12-012, com sensor externo
TMC20-HB, conforme a Figura 6, devidamente aferidos.
Figura 6 - Modelo do Datalogger com sensor externo
Para medição da temperatura superficial foi utilizado o termômetro digital infravermelho com
mira laser (modelo MT-360, marca Minipa), conforme a Figura 7. O equipamento opera em
intervalo de temperatura do ar de -30°C a 550°C, com resolução de (0,5°C/1°C).
Figura 7 - Termômetro digital infravermelho com mira laser (modelo MT-360).
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Para as coletas de dados no transecto móvel foi utilizado o termo-higro-anemômetro digital
portátil, Modelo THAR- 185H da marca Instrutherm, (Figura 8). com temperatura na faixa
etária de 0°C a 50°C e umidade de 10% a 95% UR, e funciona com uma bateria de 9V.
Figura 8 – Termo-higro-anemômetro.
Fonte: Franco, 2010.
O abrigo utilizado para proteger o termo-higro-anemômetro durante a coleta de dados, foi
construído com um tubo de PVC na cor branca para refletir a radiação. O tubo foi perfurado
para permitir a passagem de ar na parte superior do tubo foi colocado um funil branco para
proteger o sensor da radiação solar direta e precipitações (Figura 9).
Figura 9 – Abrigo para o transecto.
Fonte: Franco, 2010.
Os dados de temperatura superficial, temperatura do ar e umidade do ar foram coletados em
três períodos do dia (manhã, tarde e noite) às 08:00; 14:00 e 20:00 horas, respectivamente,
conforme as recomendações da OMM e foram considerados esses mesmos horários para a
análise da temperatura interna dos materiais.
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mangueira.
3_RESULTADOS E DISCUSSÕES
3.1_Dados de temperaturas internas dos materiais nos diferentes locais
Na Figura 10 pode-se observar que os materiais que obtiveram os valores de temperatura
interna mais elevadas, foram os que estavam sem sombreamento, isso demonstram as
menores temperaturas internas. A maior amplitude térmica nos diferentes materiais foi no
local sem sombreamento arbóreo, obtendo uma diferença de 10.07°C, no período da tarde,
entre o material solo e asfalto. Enquanto que no sombreamento proporcionado pela mangueira
os materiais solo e asfalto obtiveram uma diferença de 3.46°C, no mesmo período, mostrando
a influência do sombreamento no desempenho térmico dos materiais típicos presentes nas
cidades e habitações.
Figura 10 – Temperatura interna dos diferentes locais e materiais.
O material que obteve menor diferença entre os locais foi o solo, isso ocorreu devido o
material ser permeável e facilitar a infiltração da água da chuva, com isso deixando o solo
úmido e fresco. Em contrapartida o asfalto obteve uma diferença significativa, comprovada
mais a frente por uma análise de variância, mostrando o potencial para o conforto térmico que
um sombreamento arbóreo proporciona.
É notório a elevação das temperaturas internas dos materiais onde não existe barreira que
filtre os raios solares, como por exemplo, as copas das árvores. A maior temperatura
registrada ocorreu no período da tarde com 43,63°C, no local sem sombreamento, no material
asfalto.
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mangueira.
3.2 Dados de temperaturas superficiais dos materiais com e sem sombreamento arbóreo
Conforme a Figura 11, o asfalto foi o material que apresentou as maiores temperaturas em
todos os períodos (manhã, tarde e noite).
Figura 11 – Temperatura superficial, temperatura do ar e umidade do ar nos diferentes materiais e locais, no
período da manhã.
O local que apresentou as menores temperaturas superficiais no período da manhã e da tarde,
nos diferentes materiais foi sob a Mangueira.
No período da noite os materiais tiveram comportamento térmico próximos, demostrando o
quanto a radiação influência no resultado de temperaturas dos materiais, e o quanto o mal
planejamento dos materiais construtivos pode intensificar a temperatura em cidades com sol
aberto praticamente o ano inteiro como em Cuiabá.
3.3 Índice de área foliar (IAF)
O IAF da espécie foi realizado pelo equipamento Ceptômetro modelo AccuPAR Lp-80, a
medição foi realizada sob as copas das árvores em condições de céu limpo, próximo às 12:00
horas. O resultado está na Tabela 1.
Tabela 1 - Resultado do IAF
Nome popular Nome científico IAF (m²/m²)
Mangueira
Mangifera indica 4,52
Oliveira (2011), realizou o IAF da espécie Mangueira em duas praças em Cuiabá, na Praça
Popular o resultado foi de 5,48 (m²/m²) e 4,76 (m²/m²) para Praça 8 de Abril. Pode-se
observar que os resultados encontrados foram próximos, os resultados podem variar pelos
seguintes fatores: idade das espécies, sazonalidade, sanidade das árvores e forma e frequência
da poda.
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mangueira.
O IAF pode ser utilizado como um parâmetro facilitador na escolha de espécies que
contribuam com o aumento da qualidade de ambientes urbanos possibilitando um aumento na
qualidade de vida e um efeito positivo na qualidade do ar e microclima, principalmente em
cidades de clima quente (OLIVEIRA, 2011).
3.4 Análise Estatística
3.4.1 Temperatura interna nos diferentes locais
A análise da variância (ANOVA, α < 0,05), seguida pelo teste de Tamhane, detectou
diferenças significativas nas temperaturas internas nos diferentes locais, conforme a Tabela 2
e Figura 12.
Tabela 2 - Diferenças significativas da temperatura interna em diferentes locais
Variável
dependente
(I) Local
(J) Local
Nível 95% Intervalo de
confiança
de
Sig. Limite Limite
(α)* inferior superior
Temperatura Mangueira S/ Sombra .000 -51.622 -15.622
interna
S/ Sombra Mangueira .000 15.622 51.622
* α<0,05: Há diferença significativa.
Figura 12 - Gráfico de barras de erro da temperatura interna nos diferentes locais.
Pode-se observar na Figura 12, que a amplitude térmica foi maior no local sem sombra que no
local sombreado pela espécie mangueira.
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3.4.2 Temperatura interna nos diferentes materiais
Pode-se observar pela Tabela 3 que os dados de temperatura interna foram altamente
significativos nos materiais solo/concreto e solo/asfalto.
Tabela 3 – Diferenças significativas da temperatura interna nos diferentes materiais
Variável
dependente
(I)
(J)
Sig.
Materiais Materiais (α)
Concreto
Solo
Asfalto
Temperatura
Concreto
interna
Solo
Asfalto
Solo
Concreto
Asfalto
.414
.000
.414
.000
.000
.000
95% Intervalo de
confiança
Limite Limite
inferior superior
-.8112 30.454
14.412 50.063
-30.454 .8112
.7945
34.188
-50.063 -14.412
-34.188 -.7945
O gráfico de erro da Figura 13, apresenta essas diferenças (asfalto e concreto – A) e (solo –
A). As amplitudes térmicas foram maiores no material asfalto. O asfalto e o concreto não
tiveram diferenças significativas, α = 0,414 (A).
Figura 13 - Gráfico de barras de erro da temperatura interna nos diferentes materiais.
3.4.3 Temperatura superficial nos diferentes locais
A temperatura superficial nos diferentes locais não apresentou diferenças significativas
conforme a Tabela 4, ou seja, estatisticamente apresentam temperaturas superficiais
equivalentes.
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mangueira.
Tabela 4 - Diferenças significativas da temperatura superficial nos diferentes locais.
Variável
dependente
(I) Local
Temperatura Mangueira
superficial
S/ Sombra
(J) Local
Sig.
(α)
S/ Sombra
Mangueira
.380
.380
95% Intervalo de
confiança
Limite Limite
inferior superior
-106.28 30.70
-30.70 106.28
3.4.4 Temperatura superficial nos diferentes materiais
A temperatura superficial nos diferentes materiais também não apresentou diferenças
significativas conforme a Tabela 5, ou seja, estatisticamente apresentam temperaturas
superficiais equivalentes.
Tabela 5 - Diferenças significativas da temperatura superficial nos diferentes materiais.
Variável
dependente
(I)
Material
(J)
Material
Sig.
(α)
Concreto
Solo
Asfalto
Temperatura
Concreto
superficial
Solo
Asfalto
Solo
Concreto
.854
.301
.854
.512
.301
.512
Asfalto
95% Intervalo de
confiança
Limite
Limite
inferior
superior
-59.187
103.142
-29.818
124.307
-103.142 59.187
-27.183
77.716
-124.307 29.818
-77.716
27.183
3.4.5 Temperatura superficial em diferentes horários
A temperatura superficial nos horários das 08:00-14:00 e 14:00-20:00 apresentaram
diferenças significativas, conforme a Tabela 6. Já entre o horário das 08:00-20:00, não obteve
diferenças significativas (α = 0,165).
Tabela 6 - Diferenças significativas da temperatura superficial nos diferentes horários.
Variável
dependente
(I)
(J)
Sig.
Horário Horário (α)
08:00
Temperatura
14:00
superficial
20:00
14:00
20:00
20:00
08:00
14:00
08:00
.010
.165
.004
.010
.004
.165
95% Intervalo de
confiança
Limite
Limite
inferior superior
-144.416 -21.518
-.4252
31.830
35.377
158.134
21.518
144.416
-158.134 -35.377
-31.830 .4252
RIBEIRO, K. F. A.; VALIN JR, M. O. V.; SANTOS, F. M. M.; BRANCO,
M. P. V.; COSTA, L. M.; BELO, J. A. B.; SANTOS, V. A. B. R. dos.
Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.
4_CONSIDERAÇÕES FINAIS
O solo foi o material que resultou nas menores médias de temperaturas internas e superficiais,
por ser um material permeável.
Não existem diferenças estatisticamente de temperaturas superficiais nos diferentes locais
(com e sem sombreamentos arbóreo) e nos diferentes materiais urbanos (solo, concreto e
asfalto).
Porém nas temperaturas internas foi detectado diferenças significativas entre as médias dos
diferentes locais e entre os materiais solo/asfalto e solo/concreto. A maior diferença térmica
interna entre a mangueira e o local sem sombreamento, ocorreu no período da tarde, com uma
diferença de 12.33°C, no material asfalto. Esse comportamento foi decorrente do bloqueio da
radiação através da copa da mangueira, que diminuiu as temperaturas internas da área
sombreada.
Os resultados mostraram melhores desempenhos térmicos nas áreas com sombreamento
arbóreo. Portanto cabe ressaltar a importância da arborização nas cidades para proporcionar
melhor conforto térmico aos usuários, pois ao utilizar-se da arborização urbana, as
contribuições e benefícios são de estratégias de resfriamento evaporativo, umidificação,
melhoramento do microclima e o seu entorno, que resultará em um ambiente externo mais
atrativo e adequados ao uso.
5_AGRADECIMENTOS
Os autores gostariam de expressar seus agradecimentos Programa de Pós Graduação em
Física Ambiental / UFMT, e ao Programa Institucional de Iniciação Científica do IFMT –
PROIC, pelo qual dedicamos um agradecimento especial.
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metodológica. 2005. Dissertação (Mestre em Física e Meio Ambiente) – Universidade
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RIBEIRO, K. F. A.; VALIN JR, M. O. V.; SANTOS, F. M. M.; BRANCO,
M. P. V.; COSTA, L. M.; BELO, J. A. B.; SANTOS, V. A. B. R. dos.
Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.
Departamento de Física, Instituto de Ciências Exatas e da Terra, Universidade Federal de
Mato Grosso.
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condições termo-higrométricas e lumínicas de ambientes internos e externos de
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RIBEIRO, K. F. A.; VALIN JR, M. O. V.; SANTOS, F. M. M.; BRANCO,
M. P. V.; COSTA, L. M.; BELO, J. A. B.; SANTOS, V. A. B. R. dos.
Conforto térmico de edificações submetidas ao sombreamento de
mangueira.

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