Università degli Studi di Bologna Facoltà di Ingegneria

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1 Unverstà degl Stud d Bologna Facoltà d Ingegnera Dpartmento d Ingegnera Energetca, Nucleare e del Controllo Ambentale () RELAZIONE TECNICA Valutazone teorca delle prestazon termogrometrche d pannell prefabbrcat Ndyon: verfca della condensazone superfcale Commttente: NIDYON COSTRUZIONI S.R.L., va del Gelso, 13, Santarcangelo d R. (RN) Bologna, 17gennao 2008

2 1 Introduzone Il presente studo rguarda la valutazone delle prestazon termogrometrche delle dverse tpologe d pannell vertcal ed orzzontal realzzat secondo l sstema costruttvo Ndyon utlzzabl sa nternamente che esternamente, sa per edlza cvle che ndustrale. Tale anals è stata condotta dal punto d vsta strettamente teorco, utlzzando un programma d smulazone agl element fnt. D ogn pannello è stato calcolato l fattore d temperatura teorco n ottemperanza a quanto ndcato dalla norma UNI EN per l calcolo della temperatura superfcale nterna. E stato ndcato un esempo d calcolo al fne d llustrare l uso del fattore d temperatura assocato ad una parete nell ambto della procedura che permette d verfcare la formazone d condensa superfcale. 2 Normatva d rfermento La normatva d rfermento che è stata presa n esame è: UNI EN ISO Temperatura superfcale nterna per evtare l umdtà superfcale crtca e condensazone nterstzale: metodo d calcolo :la norma defnsce un metodo d rfermento per determnare la temperatura superfcale nterna mnma de component edlz tale da evtare crescta d muffe. UNI 7357 FA3: 1974 Calcolo del fabbsogno termco per l rscaldamento d edfc : la norma prescrve le relazon per l calcolo del coeffcente globale d scambo termco per le dverse tpologe de pont termc. UNI EN ISO 6946: 1999 Component ed element per l edlza. Resstenza termca e trasmttanza termca. Metodo d calcolo : la norma prescrve l metodo per l calcolo della trasmttanza termca d un componente edlzo e fornsce valor d resstenza termca superfcale nterna ed esterna UNI EN ISO : 1998 Pont termc n edlza. Fluss termc e temperature superfcal. Metod general d calcolo : la norma defnsce le specfche de modell 3-D e 2-D d un ponte termco, a fn del calcolo numerco. UNI EN ISO : 2003 Pont termc n edlza. Calcolo de fluss termc e temperature superfcal. Pont termc lnear : la norma fornsce le ndcazon per un modello geometrco bdmensonale d un ponte termco lneare per l calcolo numerco della trasmttanza termca lneca e del lmte nferore delle temperature mnme superfcal. Pag.1

3 3 Metodo d calcolo La norma UNI EN ISO descrve un metodo per progettare l nvolucro edlzo n modo da prevenre gl effett negatv dell umdtà relatva crtca n corrspondenza delle superfc nterne come per esempo la formazone d muffe. La condensazone superfcale del vapor d acqua può provocare l degrado de materal edlz non protett che sano sensbl all umdtà. Essa può essere accettata temporaneamente e n pccole quanttà se la superfce è mpermeable all umdtà (fnestre, pastrelle) e sono assunte msure adeguate per prevenrne l contatto con materal adacent sensbl. Per perod d tempo d dvers gorn con umdtà relatva superfcale maggore d 0.8 c è l rscho d formazone d muffe. Oltre alle condzon clmatche esterne (temperatura e umdtà relatva dell ara) tre altr parametr governano la condensa superfcale e la crescta d muffe: 1. la qualtà termca d ogn elemento dell nvolucro edlzo, rappresentata dalla resstenza termca, da pont termc, geometra e resstenza superfcale nterna. La qualtà termca d una parete è caratterzzata dal fattore d temperatura sulla superfce nterna (fs). Tale fattore è defnto come la dfferenza tra la temperatura della superfce nterna e quella dell ara esterna dvso per la dfferenza d temperatura tra ara nterna ed esterna: f s t = t 2. la produzone nterna d umdtà; questo dpende dalle attvtà svolte nel locale. La norma UNI EN ISO defnsce delle Class d Umdtà per le dverse tpologe d locale. L apporto specfco d umdtà all nterno degl ambent può essere dvso n 5 class. La Fgura 1 rporta valor lmte d Δp relatv ad ogn classe. Il valore del Δp è connesso alla dfferenza d concentrazone d vapor d acqua esstente tra nterno ed esterno. Elevat valor d Δp sono assocat a que local n cu è presente una forte produzone orara d vapore. Per calcol, la norma consgla d utlzzare valor superor ndcat n Fg. 1 per ogn classe. In Tabella 1 sono dstnte le dverse tpologe d local n funzone della classe d umdtà. Tabella 1 Class d umdtà e tpologa d edfco. Classe d Umdtà Edfco 1 Magazzn 2 Uffc, Negoz 3 Allogg con basso ndce d affollamento 4 Allogg con alto ndce d affollamento, palestre, cucne, cantne, edfc rscaldat con apparecch a gas senza camno 5 Edfc specal (lavandere, dstllere, pscne) s t t Pag.2

4 1200 Δp [Pa] 1000 classe 4 classe classe classe classe T [ C] Fg. 1 Class d umdtà: valor massm d Δp n funzone della temperatura esterna. 3. La temperatura dell ara nterna e la tpologa del sstema d condzonamento adottata. Il DL311/06 prevede che la verfca della condensazone, n assenza d dat pù precs, venga condotta potzzando all nterno de local rscaldat una temperatura nterna d 20 C con un grado grometrco par a Il rscho d condensazone aumenta nel caso d temperatura nterna bassa e nel caso d funzonamento ntermttente del sstema d rscaldamento. Pag.3

5 4 Prove su dverse tpologe d pannell sngol portant del tpo NYSP Il pannello consderato è l sngolo portante NYSP. Tale sstema è composto da una lastra d polstrene espanso, accoppata ne corrspondent lat estern da una doppa rete elettrosaldata n accao zncato con magla regolare 50 mm x 50 mm e dametro φ=2,5 mm ed armata tramte connettor n accao zncato (48 per m 2 ), del dametro d φ=3 mm, che attraversano tutto lo strato costtuente l pacchetto. Il pannello vene completato n opera con armature agguntve e calcestruzzo applcato a spruzzo, negl strat estern. In Fgura 2 è stato rportato lo schema del pannello sngolo portante NYSP, così come fornto dal Commttente. Fg. 2 Schema pannello sngolo portante NYSP. Sono state testate dverse geometre d pannell sngol portant del tpo NYSP, varando lo spessore d solante che s trova all nterno del pannello sngolo portante o l tpo d polstrene espanso. Le tpologe scelte con l Commttente sono: NYSP 10 con 48 connettor/mq, EPS da 10 cm con denstà 20 kg/m 3 NYSP 22 con 48 connettor/mq, EPS da 22 cm con denstà 20 kg/m 3 Pag.4

6 NYSP 12 con 48 connettor/mq, EPS da 12 cm con denstà 20 kg/m 3 NYSP 12 con 48 connettor/mq, EPS da 12 cm con denstà 25 kg/m 3 NYSP 16,5 con 48 connettor/mq, EPS da 16,5 cm con denstà 20 kg/m 3 NYSP 16,5 con 48 connettor/mq, EPS da 16,5 cm con denstà 25 kg/m 3 Il modello geometrco preso n consderazone per tutte le dverse tpologe d pannello sngolo portante NYSP è una porzone d pannello largo 310 mm che vuole essere un modulo rappresentatvo e rpetble (Fgura 3). Fg. 3 Elemento del pannello sngolo NYSP preso come modulo. Sono state rtenute sgnfcatve due dfferent sezon: vene sezonato l connettore lungo (SEZ.1); vene sezonata la parte senza element metallc (SEZ.2); 4.1 Tabella rassuntva In Tabella 2 vengono rportat valor de fattor d temperatura delle vare tpologe edlze testate. Il valore del fattore d temperatura è stato ottenuto rsolvendo l problema della determnazone del campo d temperatura stazonaro nella parete attraverso l metodo degl element fnt. Tabella 2: Fattor d temperatura assocat alle paret NYSP testate. Parete Fattore d temperatura f s NYSP 10, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYSP 12, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYSP 12, 48 connettor/mq, ρ=25 kg/m NYSP 16,5, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYSP 16,5, 48 connettor/mq, ρ=25 kg/m Pag.5

7 NYSP 22, 48 connettor/mq, ρ=25 kg/m Prove su dverse tpologe d pannell dopp del tpo NYD Il pannello consderato è l DOPPIO NYD. Tale sstema è composto da due lastre d polstrene espanso, accoppate ne corrspondent lat estern da una doppa rete elettrosaldata n accao zncato: quella esterna con magla regolare 50 mm x 50 mm e dametro φ=2,5 mm, quella nterna con magla regolare 150 mm x 150 mm e dametro φ=6 mm. I due strat d solante sono separat da una ntercapedne d 150 mm e sono armat tramte connettor n accao zncato (98, 72 o 48 per m 2 ), del dametro d φ=3 mm, che attraversano o tutto lo strato costtuente l pacchetto solante-ntercapedne-solante o solo due strat d solante. Il pannello vene completato n opera con armature agguntve e calcestruzzo applcato a spruzzo, sa nell ntercapedne tra due strat d polstrene sa negl strat estern. In Fgura 4 è stato rportato lo schema del pannello DOPPIO NYD, così come fornto dal Commttente. Fg. 4 Schema pannello DOPPIO NYD. Pag.6

8 Sono state testate dverse geometre d pannell dopp del tpo NYD, varando lo spessore d solante o l numero d connettor present. Le tpologe scelte con l Commttente sono: NYD con 98 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq NYD con 48 connettor/mq NYD con 48 connettor/mq NYD con 48 connettor/mq NYD con 48 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq NYD con 72 connettor/mq Il modello geometrco preso n consderazone per tutte le dverse tpologe d pannello doppo NYD, tranne che per le prme tre per le qual s è scelto un modulo (A) par a crca la metà (169 mm), è una porzone d pannello (B) largo 310 mm che vuole essere un modulo rappresentatvo e rpetble (Fgura 5). A B Fg. 5 Elemento del pannello DOPPIO NYD preso come modulo. Nel caso de 48 connettor/mq sono state rcavate tre dfferent sezon: vene sezonato l connettore lungo (SEZ.1); vene sezonata la rete elettrosaldata nterna (SEZ.2). vene sezonata la parte senza element metallc (SEZ.3); Nel caso de 72 o 98 connettor/mq sono state rcavate quattro dfferent sezon: Pag.7

9 vene sezonato l connettore lungo (SEZ.1); vene sezonata la rete elettrosaldata nterna (SEZ.2). vene sezonata la parte senza element metallc (SEZ.3); vengono sezonat connettor cort (SEZ.4); 5.1 Tabella rassuntva In Tabella 3 vengono rportat valor de fattor d temperatura delle vare tpologe d pannello doppo testate. Il valore del fattore d temperatura è stato ottenuto rsolvendo l problema della determnazone del campo d temperatura stazonaro nella parete attraverso l metodo degl element fnt. Tabella 3: Fattor d temperatura assocat alle paret NYD testate. Parete NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq NYD connettor/mq Fattore d temperatura f s Prove su dverse tpologe d pannell solao del tpo NYF Il pannello consderato è l solao NYF. Tale sstema è composto da una lastra d polstrene espanso, accoppata ne corrspondent lat estern da una doppa rete elettrosaldata n accao zncato con magla regolare 150 mm x 150 mm e dametro φ=6 mm posta all estradosso ed una con magla regolare 50 mm x 50 mm e dametro φ=2,5 mm posta all ntradosso. Sono present noltre connettor n accao zncato (48 per m 2 ), del dametro d φ=3 mm, che attraversano tutto lo strato costtuente l pacchetto. Il pannello vene completato n opera con armature agguntve e calcestruzzo applcato a spruzzo, negl strat estern. In Fgura 6 è stato rportato lo schema del pannello solao NYF, così come fornto dal Commttente. Pag.8

10 Fg. 6 Schema pannello solao NYF. Sono state testate dverse geometre d pannell solao del tpo NYF, varando lo spessore d solante che s trova all nterno del pannello stesso. Le tpologe scelte con l Commttente sono: NYF 12+4 con 48 connettor/mq, EPS da 12 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF 14+4 con 48 connettor/mq, EPS da 14 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF 16+4 con 48 connettor/mq, EPS da 16 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF 20+4 con 48 connettor/mq, EPS da 20 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF 22+4 con 48 connettor/mq, EPS da 22 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF 24+4 con 48 connettor/mq, EPS da 24 cm con denstà 20 kg/m 3 NYF con 48 connettor/mq, EPS da 16 cm con denstà 20 kg/m 3 Il modello geometrco preso n consderazone per tutte le dverse tpologe d solao NYF è una Pag.9

11 porzone d pannello larga 560 mm che vuole essere un modulo rappresentatvo e rpetble (Fgura 7). Fg. 7 Elemento del pannello SOLAIO NYF preso come modulo. Sono state rcavate due dfferent sezon sgnfcatve: vene sezonato l connettore lungo (SEZ.1); vene sezonata la parte senza element metallc (SEZ.2); Le sezon d studo sono composte da seguent component: pavmento n ceramca: denstà par a 2400 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 1,16 W/mK, spessore 3 cm; calcestruzzo alleggerto: denstà par a 800 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 0,24 W/mK, spessore 10 cm; solao NYF: polstrene espanso (EPS) d dverso spessore, denstà par a 20 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 0,038 W/mK + calcestruzzo d denstà par a 2000 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 1,32 W/mK; calcestruzzo: denstà par a 2000 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 1,32 W/mK, spessore 2 cm (nell ultma tpologa questo strato è d 4 cm). Per quanto rguarda la tpologa tetto, sono stat utlzzat seguent component: tegole:denstà par a 1300 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 0,26 W/mK; cartone btumato: denstà par a 1200 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 0,23 W/mK, d spessore crca 1 cm; solao NYF: polstrene espanso (EPS) d dverso spessore, denstà par a 20 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 0,038 W/mK + calcestruzzo d denstà par a 2000 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 1,32 W/mK; calcestruzzo: denstà par a 2000 kg/m 3 e conduttvtà termca par a 1,32 W/mK, spessore 2 cm. Pag.10

12 6.1 Tabella rassuntva In Tabella 4 vengono rportat valor de fattor d temperatura assocat alle vare tpologe d pannell NYF testat. Il valore del fattore d temperatura è stato ottenuto rsolvendo l problema della determnazone del campo d temperatura stazonaro nella parete attraverso l metodo degl element fnt. Tabella 4: Fattor d temperatura assocat alle paret NYF testate. Parete Fattore d temperatura f s NYF 12+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF 14+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF 16+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF 20+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF 22+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF 24+4, 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m NYF , 48 connettor/mq, ρ=20 kg/m Tetto NYF 16+4, 48 con./mq, ρ=20 kg/m Tetto NYF 20+4, 48 con./mq, ρ=20 kg/m Esemp d utlzzo del fattore d temperatura d una parete Nelle Tabelle 2-4 sono rportat fattor d temperatura assocat a tutte le tpologe d parete testate. In questo paragrafo verrà fornto qualche esempo sull utlzzo d tal fattor nell ambto della procedura prevsta dalla norma UNI EN ISO per la verfca della formazone d condensa superfcale su una parete. Verranno consderate due tpologe dstnte d verfca, così come suggerto dalla norma UNI EN ISO 13788: 1. Verfca n condzon d umdtà relatva nterna costante. 2. Verfca con uso delle class d umdtà nterna de local. Pag.11

13 7.1 Verfca n condzon d umdtà relatva nterna costante La verfca presuppone la conoscenza del valore d temperatura nterna (t ) e del grado grometrco assocato all ara nterna (ϕ ). Il DL311/06 prevede, n mancanza d dat pù precs, che la verfca della eventuale condensa superfcale venga effettuata consderando le condzon nterne d seguto rportate: t 20 C ϕ = 0.65 = La verfca presuppone la conoscenza dell andamento annuale della temperatura esterna meda mensle (t ) per la localtà nella quale è ubcata la parete da sottoporre a verfca. D norma, se la verfca esclude la formazone d condensa superfcale nel mese pù rgdo, s può concludere che la verfca rsulta soddsfatta per ogn mese dell anno. La procedura d calcolo rsulta essere la seguente. S calcola a pressone d saturazone mnma accettable n prossmtà della facca nterna della parete utlzzando la seguente relazone: p sat,mn ϕ psat ( t ) = 0.8 Dove la pressone d saturazone del vapor d acqua n funzone della temperatura dell ara nterna p sat (t ) vene calcolata medante la seguente relazone: p ( t ) = exp t [ kpa] con t n C sat Dal valore d pressone d saturazone mnma così ottenuto s rcava l valore della temperatura superfcale nterna mnma della parete al d sotto della quale s verfca l fenomeno della condensazone superfcale sulla parete: t s, mn psat,mn 237.3ln psat,mn ln = psat,mn 265.5ln psat,mn ln se se p p sat,mn sat,mn < [ kpa] [ kpa] Nel caso d temperatura dell ara nterna e grado grometrco costant l valore d t s,mn è una costante. Ad esempo, nel caso d un ambente nterno nelle condzon prevste dal DL311/06: t 20 C ϕ = 0.65 = Il procedmento ora descrtto porge una temperatura superfcale nterna mnma par a: Pag.12

14 [ ] t s = C, mn La condensa superfcale può avere luogo quando la temperatura sulla superfce nterna della parete va al d sotto del valore ora calcolato. Per determnare l valore della temperatura sulla superfce nterna d una parete Ndyon basta conoscere l valore assunto dal fattore d temperatura assocato alla parete e la temperatura mnma assocata all ara esterna nella localtà dove la parete è ubcata. Dalla defnzone d fattore d temperatura dscende che: t = t + f t t s s ( ) Nelle Tabelle 5-7 sono rportat per tutte le paret Ndyon che sono state testate valor assunt dalla temperatura sulla superfce nterna della parete calcolata utlzzando l fattore d temperatura della parete (dedotto dalle Tabelle 2-4) potzzando una temperatura nterna d 20 C. Tabella 5 Valor della temperatura superfcale nterna d paret Ndyon NYSP n funzone dello spessore d solante e della temperatura dell ara esterna nel caso d ambente a temperatura nterna costante par a 20 C. t [ C] NYSP f Tabella 6 Valor della temperatura superfcale nterna d paret doppe Ndyon NYD n funzone dello spessore d solante e d calcestruzzo e della temperatura dell ara esterna nel caso d ambente a temperatura nterna costante par a 20 C. t [ C] NYD f Tabella 7 Valor della temperatura superfcale nterna d sola Ndyon NYF n funzone dello spessore d Pag.13

15 solante e della temperatura dell ara esterna nel caso d ambente a temperatura nterna costante par a 20 C. t [ C] NYF f S rporta un esempo d calcolo sull uso delle tabelle pre-calcolate per la verfca della condensazone superfcale su paret Ndyon Esempo d calcolo S consder un locale avente una parete vertcale affaccata verso l esterno del tpo NYSP 10. La temperatura mnma dell ara esterna durante l nverno nella localtà consderata rsulta par a -5 C. S vuole verfcare se s forma condensa superfcale sulla parete nterna nel mese nvernale pù freddo. In ottemperanza al DL311/06 s effettua la verfca consderando le seguent condzon termogrometrche nterne: t 20 C ϕ = 0.65 = A tal condzon nterne corrsponde una temperatura superfcale mnma par a: t s = C, mn Occorre ora determnare la temperatura superfcale nterna sulla parete NYSP 10 quando fuor l ara s trova alla temperatura d -5 C. Con l auslo d Tabella 5 s può osservare che la temperatura superfcale nterna rsulta par a C. t [ C] NYSP f [ ] Poché tale valore è superore al valore mnmo d C s può escludere la formazone d condensa superfcale sulla parete Ndyon. Se s confronta l valore d C con dat rportat nelle Tabelle 5-7 s può osservare come le paret Ndyon sono n grado d escludere la formazone d condensa superfcale n ogn Pag.14

16 condzone d temperatura esterna essendo l valore d temperatura superfcale nterna pù basso rportato nelle Tabelle 5-7 par a C (maggore d C) per l solao NYF Tale propretà delle paret Ndyon derva dall elevata qualtà termca delle paret dotate d bass valor d trasmttanza e qund n grado d mantenere calda la superfce nterna della parete n ogn condzone d temperatura dell ara esterna. 7.2 Verfca con uso delle class d umdtà de local S consder un locale destnato ad alloggo con condzon d alto affollamento. Il locale può essere consderato come appartenente alla classe d umdtà 4, utlzzando dat rportat n Tabella 1. La temperatura dell ara all nterno del locale è par a 20 C. S vuole verfcare se c è rscho d condensa superfcale sulla parete Ndyon NYD (48 connettor/mq) affaccata verso l esterno. La verfca vene effettuata nel mese d Gennao per cu s assume la temperatura esterna par a 2.8 C (t ) con grado grometrco par a 0.92 (ϕ εxt ). Procedmento d calcolo S calcola dapprma la pressone parzale del vapore nell ara esterna: p = p ( t ) ϕ = 685. ve sat 5 n cu la pressone d saturazone del vapor d acqua nelle condzon d temperatura che sono present all esterno s calcola tramte la seguente relazone: [ Pa] psat ( t ) = exp t [ kpa] con t n C Dalla Fgura 1 s deduce per la classe d umdtà 4 l valore del salto d pressone parzale massmo tra esterno ed nterno (Δp) n funzone della temperatura esterna. Il valore d Δp può essere calcolato n funzone della temperatura esterna utlzzando la seguente relazone: Δp = f t (20 t < 0; A; 20 ) A con A dedotto dalla Tabella 8 n funzone della classe d umdtà assocata al locale. Classe d umdtà A [Pa] >1080 Pag.15

17 In questo caso, per una temperatura esterna par a 2.8 C l valore del salto d pressone parzale massmo per una classe d umdtà 4 è par a Pa (Δp). La pressone parzale del vapore all nterno del locale è qund par a: pv = pve + 1.1Δp = La pressone d saturazone mnma accettable n prossmtà della superfce nterna della parete vale qund: pv psat, mn = = La temperatura superfcale mnma tollerable sulla superfce nterna della parete è qund par a: [ Pa] [ Pa] t psat,mn 237.3ln se psat,mn [ kpa] psat,mn ln = = psat,mn 265.5ln se psat,mn < [ kpa] psat,mn ln s, mn [ C] Affnché nel locale non s verfch condensa superfcale occorre dunque che l fattore d temperatura delle paret rvolte verso l esterno non sa nferore a: f t t s,mn s, mn = = t t A questo punto occorre confrontare l valore del fattore d temperatura assocato alla parete Ndyon utlzzata (n questo caso la parete utlzzata è la Ndyon NYD (48 connettor/mq)) con l valore mnmo ottenuto. Poché la parete Ndyon NYD (48 connettor/mq) ha un fattore d temperatura par a 0.942>0.915 la verfca è soddsfatta: la condensa superfcale non è dunque presente sulla parete. S può osservare come tutte le paret Ndyon presentano un valore del fattore d temperatura superore a D conseguenza, tutte le paret Ndyon sono esent da condensa superfcale n local appartenent alla classe d umdtà 4 quando all esterno la temperatura dell ara meda è par a 2.8 C con grado grometrco par a Pag.16