Universidade Federal de Goiás
Escola de Agronomia e Engenharia de Alimentos
Setor de Engenharia Rural
PRINCÍPIOS DE AMBIÊNCIA
EM CONSTRUÇÕES RURAIS
Construções e Eletrificação Rural
Prof. Dr. Regis de Castro Ferreira
[email protected]
CONTEÚDO
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Introdução
Homeotermia e Termo-regulação
Caracterização da Zona de Conforto Térmico e
Temperaturas Ambientais Críticas
Formas de Transmissão de Calor
Aspectos térmicos dos materiais de construção
Índices de conforto térmico
Mecanismos de trocas térmicas entre o animal e o
ambiente (dissipação do calor corporal)
1. INTRODUÇÃO
• O avanço nos sistemas produtivos animais (gerencial e
genético), faz com que o meio ambiente seja condição
indispensável para que os animais possam expressar a
sua máxima performance produtiva,
produtiva associada ao seu
bem-estar.
• Meio-ambiente: conjunto de todos os fatores que
afetam direta ou indiretamente os animais.
1. INTRODUÇÃO
• Fatores relacionados ao bem-estar e produtividade
animal:
Alimentação
ANIMAIS
Agentes
Patógenos
Ambiente térmico:
• temperatura do ar
• umidade relativa
• radiação solar
• vento
Ambiente aéreo:
• gases
• poeira
• partículas em suspensão
Ambiente acústico:
• ruído
2. HOMEOTERMIA E TERMO-REGULAÇÃO
• 2.1. Homeotermia
– processo por meio do qual o animal mantém a
temperatura do núcleo corporal aproximadamente
constante, por meio de processos de aumento e
dissipação de taxas de calor, mediante as flutuações
ocorridas no meio ambiente externo (temperatura do
núcleo corporal ≅ constante
Corpo animal
“Máquina térmica”
- Baixa eficiência (80% calor e 20%
atividades)
Mecanismo termo-regulador
Variações térmicas do organismo
Temperatura do núcleo corporal
• Temperatura do núcleo corporal – Tc (homem):
Tc = 0,65Tr + 0,35Ts
Onde:
Tc = temperatura do núcleo corporal
Tr = temperatura retal, e
Ts = temperatura da pele
Tabela 1. Temperatura do núcleo corporal de
algumas espécies animais.
2.2. Mecanismos de termo-regulação animal
Corpo animal x Máquina térmica
Atividades basais
Atividades externas
Calor gerado: 50 a 1000 W (Joules / s)
Necessidade de dissipação do calor
• Reação ao calor
– Vasodilatação
– Reações fisiológicas: aceleração do ritmo cardíaco
(transpiração)
• Reação ao frio
– Vasoconstrição
– Diminuição do ritmo cardíaco (arrepio e tiritar)
2.2. Mecanismos de termo-regulação
• Trocas térmicas entre o corpo e o ambiente
– Através da pele
• Perda sensível de calor por convecção, condução
e radiação
• Perda latente de calor por evaporação do suor e
por dissipação da umidade da pele
– Através da respiração
• Perda sensível de calor: convecção
• Perda latente de calor: evaporação
2.2. Mecanismos de termo-regulação
A Pele
• Principal órgão termo-regulador
dos animais
• Vasodilatação e vasoconstrição:
redução
ou
aumento
da
resistência térmica da pele.
• Transpiração:
perdas
por
convecção e radiação são
inferiores às perdas necessárias
à termo-regulação
3. CARACTERIZAÇÃO DA ZONA DE CONFORTO
TÉRMICO E DAS TEMPERATURAS AMBIENTAIS
CRÍTICAS
• Zonas de conforto:
– São aquelas limitadas pelos máximos e mínimos de
temperaturas ótimas para a produção (constituem-se em
indicativos).
Produção de calor e temperatura dos homeotermos
versus temperatura ambiente.
AA´: ZCT (zona de conforto térmico); B: TCI (temp. crítica inferior); B´: TCS
(temp. crítica superior); CC´: zona de homeotermia; DD´: zona de sobrevivência.
Tabela 2. Valores comuns de TCI (B), de TCS (B’) e de temperaturas na ZCT para
alguns animais
4. FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
• Para que haja troca de calor num sistema, é necessário
que haja variação de energia nos corpos que o
compõem, ou seja, toda troca de calor envolve
transferência de energia (fluxo de calor descola do ponto
mais quente para o mais frio).
4. FORMAS DE TRANSMISSÃO DE CALOR
• TROCAS TÉRMICAS
– Trocas sensíveis (secas): constituem a transferência de
energia com variação de temperatura (condução, convecção e
radiação).
– Trocas latentes (úmidas): constituem a transferência de
energia sem variação da temperatura, envolvem água
(condensação e evaporação). São representadas por uma
mudança no estado de agregação, ou seja, passagem do
estado gasoso para o líquido e vice-versa.
MECANISMOS DE TROCAS TÉRMICAS SECAS EM
UMA EDIFICAÇÃO
Considerando uma parede de
espessura “e” (metros):
e
Tre
TE
Exterior
Tri
tse
λ
tsi
TI
Interior
A direção e intensidade do
fluxo do calor dependerá:
- e: espessura parede
- Tse e Tsi: temperaturas
superficiais externa e interna
-TE e TI: temperaturas
ambientais exterior e interior
- Tre e Tri: temp. radiante
externa e interna.
- λ: condutividade térmica do
material da parede.
Figura 1. Esquema explicativo dos mecanismos de trocas térmicas
secas em uma edificação.
4.1 Condução
A transmissão do calor por condução entre dois corpos ocorre
quando estes estão em contato molecular e suas temperaturas
são diferentes.
O fluxo térmico por condução (q) é diretamente proporcional à
superfície por onde passa o calor e ao gradiente de temperatura.
∆T
q = λ . A.
L
q = fluxo térmico por condução (W);
λ = condutividade térmica do material (W/m.°C);
A = área da superfície por onde passa o calor (m2);
∆T = diferença de temperatura entre os dois pontos
considerados na transmissão de calor (°C); e
L = espessura do material ou distância entre os dois pontos
onde as temperaturas foram medidas (m)
4.2. Convecção
• A convecção ocorre por dois mecanismos:
• Natural, devido à diferença de temperaturas e
conseqüente
diferença
de
densidade
(movimento convectivo).
• Forçada, devido ao movimento do ar por
equipamentos de ventilação.
• O princípio básico de transferência de calor
permanece:
Fluxo de calor transmitido por
convecção (W/m2)
qc = hc (T 2 − T 1)
Onde:
– qc = quantidade de calor transmitido por convecção
de 2 para 1, na unidade de tempo e por unidade de
área (W/m2)
– hc = coeficiente de transferência de calor por
convecção (coeficiente superficial) (W/m2.°C)
4.3. Radiação
• É o mecanismo de troca de calor entre dois corpos
através da natureza eletromagnética que caracteriza a
onda de calor. Não há necessidade de meio para a
propagação, acontecendo mesmo na ausência de meio
ou vácuo.
Radiação solar
Espectro eletromagnético
Comportamento dos materiais frente à
radiação solar
• A energia radiante possibilita um duplo processo de transferência de
calor:
– O corpo 1 (de maior temperatura) emite energia radiante: há perda
de parte do calor, e assim a temperatura baixará;
– O corpo 2 (de menor temperatura) absorve a energia radiante, e
desta forma a temperatura aumenta.
• A intensidade da absorção e da emissão da energia radiante depende
das propriedades da superfície receptora (absortividade e
emissividade).
Comportamento dos materiais opacos diante da radiação solar
(fontes de alta temperatura)
• Balanço térmico:
• α.RS + ρ.RS = RS => α + ρ = 1
• α=ε
• corpo negro => α = ε = 1, ρ = 0
Equação global da quantidade de
calor que se emite (ondas longas ou
radiação térmica) por radiação na
unidade de tempo e por unidade de
área da superfície:
qr = εσT
εσ 4 [W/m2]
Onde:
• qr = total de radiação emitida por um corpo (W/m2)
• σ = 5,67.10-8 (W/m2.K4)
(constante de Stefan –
Boltzmann)
• ε = emissividade da superfície
Tabela 3. Absortividade de cores e superfícies – fontes de alta
temperatura (onda curta)
Tipo de superfície
∝
Tipo de
superfície
∝
Chapa de alumínio (nova e
brilhante)
0,05
Chapa de alumínio (oxidada)
0,12
branca
0,20
Chapa de aço galv. (nova e
brilhante)
0,25
amarela
0,30
Pintura:
Caiação nova
0,12 – 0,15
“alumínio”
0,40
Concreto aparente
0,65 – 0,80
verde claro
0,40
Telha de barro
0,75 – 0,80
verde escuro
0,70
Tijolo aparente
0,65 – 0,80
vermelha
0,74
Reboco claro
0,30– 0,50
preta
0,97
Revestimento asfáltico
0,85 – 0,98
Vidro comum de janela
Transparente
Tabela 4. Emissividade de cores e superfícies – fontes de baixa
temperatura (onda longa)
Tipo de superfície
ε
Chapa de alumínio (nova e brilhante)
0,05
Chapa de alumínio (oxidada)
0,12
branca
0,90
Chapa de aço galv. (nova e brilhante)
0,25
amarela
0,90
Caiação nova
0,90
“alumínio”
0,50
Concreto aparente
0,85 – 0,95
verde claro
0,90
Telha de barro
0,85 – 0,95
verde escuro
0,90
Tijolo aparente
0,85 – 0,95
vermelha
0,90
Reboco claro
0,85 – 0,95
preta
0,90
Revestimento asfáltico
0,90 – 0,98
Vidro comum de janela
0,90 – 0,95
Tipo de superfície
ε
Pintura:
Seletividade dos materiais quanto à radiação
• Parede com pintura branca recente, tem α = 0,20 para ondas
curtas (Sol) e ε = α = 0,90 para ondas longas (corpos ↓ temp.)
– Portanto é bom refletor (ρ) da radiação solar e também bom
emissor, ou irradiador para outras superfícies.
• Cor das superfícies
• Claras: têm coef.reflexão (ρ) ↑ e coef. de abs (α) ↓: refletem Sol
• Claras / Escuras: iguais na irradiação ou na emissividade (ondas
longas): ↓ calor Noite
• Exemplo de análise de conforto:
– Galpão
em
telhado
de
fibrocimento αa= 0,70 e ε = 0,95
• A superfície absorve considerável radiação αa= 0,70
• Devido a pequena espessura, praticamente a superfície externa
e interna da telha alcançará igual temperatura.
• Com a emissividade ε = 0,95, o calor chegará aos animais por
radiação, muito mais intensamente que por convecção.
• Correções para o conforto:
– Tratamento com pintura com coef. de abs(α) e ε ↓
5.
ASPECTOS TÉRMICOS
CONSTRUÇÃO
DOS
MATERIAIS
DE
• Condutividade térmica
• Condutância térmica
• Resistência térmica
• Coeficientes de convecção superficial
• Transmitância térmica
• Fator de calor solar
• Desempenho térmico de paredes e coberturas
• Características dos materiais em relação à
radiação solar
5.1. Condutividade térmica (λλ):
“fator que define o fluxo de calor transmitido através
de um corpo considerado homogêneo, num regime
estacionário, por unidade de espessura, área e
tempo”.
W .m
W
=
2
m .K m.K
∆T
q = λ . A.
L
Tabela 5. Valores de condutividade térmica e
densidade para alguns materiais.
Densidade absoluta
(kg/m3)
Concreto
2200
Concreto celular
500
Tijolo maciço
1600
Madeira
800
Vidro
2600
Cortiça
200
Poliestireno expandido
20
Fibrocimento (chapas)
1900
Palha (em coberturas)
200
Mármore
2600
Aço
7800
Ar
1,20
Material
Condutividade
térmica (W/m.K)
1,74
0,20
0,81
0,19
1,20
0,051
0,035
0,76
0,12
2,90
47
0,024
5.2 Resistência térmica (R):
• propriedade instrínseca ao componente construtivo
onde:
L, espessura em metros;
λ, condutividade térmica (W/m.K)
R=
L
λ
(m.K)/W
5.3 Condutância térmica (C):
• propriedade intrínseca ao componente construtivo
1 λ
C= =
R L
(W/m.K)
5.4 Resistência térmica total
• Para um componente construtivo de uma só
camada: a resistência térmica total é a soma das
resistências superficiais interna (Rsi = 1/hi) e
externa (Rse = 1/he), e da própria resistência
térmica do componente (d/ λ):
1 d 1
RT = + +
hi λ he
(m .K ) / W
– Onde:
•
•
•
•
2
R = resistência térmica total (m2.K)/W
hi e he = coeficientes superficiais (W/m2.K)
d = espessura da parede (m)
λ = condutividade térmica (W/m.K)
• Coeficientes de convecção superficiais
• Combinam os efeitos de transmissão de calor
por convecção e radiação (ondas longas)
• Dependem:
• Localização da superfície (externa ou interna)
• Direção do fluxo (horizontal ou vertical)
• q = he (te - tse); q = hi(tsi - ti)
Fluxo descendente
Fluxo ascendente
Tsi > Ta
Ta
Ta
hc
hc
Tsi < Ta
Tabela 6. Valores dos Coeficientes Superficiais (W.m/°C)
Posição do fechamento e Emissividade
sentido do fluxo
Vertical
(fluxo nos dois sentidos)
Horizontal
(fluxo ascendente)
Horizontal
(fluxo descendente)
Superfície interna
Superfície externa
hi
he
0,90
8,3
0,20
4,2
0,05
3,3
0,90
9,1
0,20
5,3
0,05
4,3
0,90
6,3
0,20
2,5
0,05
1,7
25
25
25
5.5 Transmitância térmica total (U ou K)
• Ou Coeficiente Global de Transmissão de
Calor. É o inverso da resistência térmica
total.
1
U=
RT
W/(m 2 .K )
• Para paredes com várias camadas (1, 2, .... N),
a resistência térmica total será igual a:
1
RT = +
hi
dn
1
+
λn he
2
(m .K ) / W
5.6 DENSIDADE DE FLUXO (W/m2):
• Taxa de transmissão de calor (q) de um ambiente a
temperatura TE para outro ambiente a temperatura TI, através
de dado componente (parede, telhado, laje, etc.), será de:
q = U (te − ti )
e
Tre
TE
Exterior
Tri
tse
λ
tsi
TI
Interior
W/m
2
5.7. DESEMPENHO TÉRMICO DE PAREDES
E COBERTURAS
• Condição essencial para a transmissão de
calor:
5.7.1. Transferência de calor em paredes
q = U .( Text − Tint ) = U .∆ T
Onde:
– U = transmitância térmica (W/m2.K)
– ∆T = diferença de temperatura entre os meios externo e interno
– q = densidade de fluxo de calor (W/m2)
Φ = q. A = U .∆T . A
Onde:
– φ = fluxo de calor que incidirá no ambiente interno (Watts)
5.7.2. Transferência de calor em coberturas
q = U .(Text − Tint ) = U .∆T
Onde:
– U = transmitância térmica (W/m2.K)
– ∆T = diferença de temperatura entre os meios externo e interno
– q = densidade de fluxo de calor (w/m2)
Fluxo descendente
Fluxo ascendente
Tsi >Ta
Ta
Ta
hc
hc
Φ = q. A = U .∆T . A
Onde:
• φ = fluxo de calor que incidirá no ambiente interno (Watts)
Tsi <Ta
5.7.3. Ganho de calor por radiação
– A radiação solar é um dos fatores fundamentais
para análise do desempenho térmico de
edificações e para o estudo das condições de
conforto térmico dos seus ocupantes.
• para materiais opacos:
U
q =α I
he
• Onde:
– q = densidade de fluxo de calor por radiação (W/m2)
– α = absortância
– U = transmitância térmica (W/m2.K)
g
– he =coeficiente de superfície
– Ig = intensidade da radiação solar incidente (W/m2)
• para materiais transparentes ou translúcidos:
• Leva-se em consideração
transparência à radiação (τ)
•
U
q = α + τ .I g
he
FS
o
coeficiente
Vidros comuns de 4 mm (α = 0,07 e τ = 0,85)
– U = 6,1 W/m2.K
– 1/he = 0,04
– FS = 0,86
de
Tabela 7. Radiação solar incidente (Ig, em W/m2) sobre planos verticais
e horizontais para a latitude 17°Sul (22 mar/set).
Tabela 8. Comportamento térmico de alguns vidros (RIVERO, 1986).
• Densidade de fluxo total
• para materiais opacos
U
q = U (te − ti ) + α I g
he
• para materiais transparentes
U
q = U (te − ti ) + α + τ .I g
he
Exemplo 1. Calcular o fluxo de calor (quantidade de calor)
transmitido por condução em uma parede de tijolos de 2,00 m de
comprimento, 3,00m de altura e 20 cm de espessura, cujas
temperaturas superficiais são: Te = 30°C e Ti = 20°C.
3,00
0,20
Te = 30 °C
Ti = 20 °C
2,00m
Solução:
A = 2 x 3 = 6m2
L = 0,20m
k = 0,81W/m.K
∆T = 30 - 20 = 10 °C
k
0,81
q = (t 2 − t1) =
.10 = 45,5 W/m 2
L
0,20
Q = 40,5 x6 = 243W
Exemplo 2. Determinar quais deveriam ser as espessuras de paredes
com a mesma área que a do Exemplo 1, feitas de concreto, concreto
celular e poliestireno expandido, que permitam a mesma passagem de
calor que a parede de tijolo com a mesma ∆t.
Material
Tijolo
Concreto
Concreto celular
isopor
λ (W/m.K)
0,81
1,74
0,20
0,035
Hipótese: passagem do mesmo fluxo = mesma resistência térmica
do tijolo, portanto:
Rtijolo
0,20
= =
= 0,25 (m 2 .K ) / W
λ 0,81
d
Determinação das espessuras:
p/ concreto :
L = Rtijolo .λ = 0,25.1,74 = 0,43m
p/ concreto celular :
L = Rtijolo .λ = 0,25.0,20 = 0,05m
p/ isopor :
L = Rtijolo .λ = 0,25.0,035 = 0,0087m
Exemplo 3. Considere uma laje de concreto armado de 10 cm de
espessura com revestimento externo e interno em argamassa de 2cm.
Determine a densidade de fluxo de calor pela mesma quando a
temperatura interna é de 20°C e a externa é de 18°C.
q =?
Lconcreto = 0,10 m
Larg = 0,02 m
Te = 18°C
Ti = 20°C
λ arg = 1,40 W/m.K
λ concr = 1,74 W/m.K
Te = 18°C
I
II
Ti = 20°C
III
laje de concreto
Fluxo
ascendente
Determinação da densidade de fluxo:*
q = U (te − ti )
U=
Rtotal
1
Rtotal
Rtotal
Larg
Lconcr 1
1
+
+
=
+2
λarg
λconcr hi
he
1
0,05 0,10 1
+
+
= 0,28(m 2 .K ) / W
=
+2
25
1,40
1,74 9,1
1
U=
0,28
=> U = 3,57 W/(m .K )
2
q = 3,57(18 − 20)
=> q = −7,14 W/m
2
Exemplo 4. Calcular a densidade de fluxo de calor através de uma
parede de concreto celular, de espessura 0,20 m, com as seguintes
dimensões: altura 3,00 m e largura 4,5 m. A parede não tem
acabamento. Resolver para os seguintes casos:
a) sem incidência de radiação solar;
b) com radiação incidente de intensidade 300 W/m2, numa certa hora
do dia.
c) com a mesma radiação incidente, mas supondo-se a parede pintada
de branco.
d) como no item c), mas supondo-se que há uma janela de vidro
comum, de 1,20 m por 1,00 m.
Dados: As temperaturas do meio interior (ti) e do exterior (te) são:
ti = 23ºC; te = 35ºC
a) Sem incidência de radiação solar
q = U(te - ti)
RTotal
U=
1
RTotal
RTotal
1 L 1
=
+ +
he λ hi
1 0,20 1
, (m2 .K)/W
=
+
+
= 116
25 0,20 8,3
1
U=
=> U = 0,86 W / m2 . K
116
,
q = U (te − ti ) => q = 0,86(35 − 23) => q = 10,32 W / m
φ= densidade de fluxo x área parede = 10,32 W/m .(3,0m x 4,5m)
φ=139,32 W
2
2
b) Com radiação solar incidente (Ig) a 300W/m2
U
q = U (te − ti ) + α I g
he
Troca de calor
por diferença
de temperatura
qrad
=> superfície opaca
Troca devido a
radiação solar
incidente
ε = 0,90
he = 25 W/m2.K
α = 0,65 (Tabela 3, tijolo aparente)
U = 0,86 W/m2.K (calculada no
exercício anterior – letra a)
0,86
U
2
300
6
7
q
=
0
,
65
=>
q
=
,
W
/
m
= a I g => rad
rad
25
he
qtotal = 10,32 + 6,7 => qtotal = 17,0W / m2
φ= q.área = 17.(3,0 x 4,5) => φ=229,5 W
(> φ=139,32 W )
c) Com Ig a 300W/m2 e parede pintada de branco
U
q = U (te − ti ) + α I g
he
10,32 W/m2
qrad
=> superfície opaca
Troca devido a
radiação solar
incidente
ε = 0,90 (p/ onda longa)
he = 25 W/m2.K
α = 0,12 (Tabela 3, cor branca)
U = 0,86 W/m2.K
0,86
300 => qrad = 1,24W / m2
= 0,12
25
qtotal = 10,32 + 1,24 => qtotal = 11,6W / m2
φ= q.área = 11,6.(3,0 x 4,5) => φ=156 W
(< φ = 229,5W)
d) Com Ig a 300W/m2 parede pintada de branco e janela de vidro
comum de 1,20 m x 1,00 m:
U
q = U ( te − ti ) + α
+ τ .Ig
he
FS = 0,86
=> superfície transparente
α = 0,07 (Tabela 8, vidro comum)
U = 6,1 W/m2.K
he = 25 W/m2.K
τ = 0,85 (Tabela 8, vidro comum)
6,1
qvidro = 6,1(35 − 23) + 0,08
+ 0,85 .300
25
qvidro = 331,2 W / m2
qtotal = qvidro + q parede => qtotal = 331,2 + 11,6
qtotal = 342,8 W / m
2
Cálculo do Fluxo (W):
φ= (qparede.áreaparede) + (qvidro.áreavidro)
Área da parede = (3,0 x 4,5) - (1,20 x 1,00) = 12,3 metros
φ= (11,6 x 12,3) + (331,2 x 1,2)
φ = 540,12 W
(> φ=156 W)
6. Índices de Conforto Térmico
• Os índices de conforto térmico foram propostos com o
objetivo de avaliar o efeito conjunto das variáveis de
conforto térmico (individuais e ambientais):
– Variáveis ambientais
•
•
•
•
•
Temperatura do ar
Umidade relativa do ar
Temperatura Radiante Média
Velocidade do vento
Carga térmica radiante
– Variáveis individuais:
•
•
•
•
Taxa metabólica (calor produzido pelo animal)
Cor da pelagem do animal
Peso
Área da superfície corporal
• Principais índices de conforto térmico animal:
A) Índice de temperatura e umidade relativa (THI)
(mais usado para avaliação de animais):
THI = Tbs + 0,36To + 41,2
Onde,
Tbs = temperatura de bulbo seco (temp. ambiental)
To = temperatura de orvalho
• Principais índices de conforto térmico animal:
B) Índice de termômetro de globo negro e umidade
(WBGT):
• leva em consideração os efeitos das trocas térmicas por
radiação solar.
WBGT = 0,7tbu + 0,2tgn + 0,1tbs
Onde,
Tbu = temperatura de bulbo úmido
Tgn = temperatura de globo negro
Tbs = temperatura de bulbo seco
Termômetro de globo negro
Psicrômetro de ventilação
natural
Exemplo:
Tbs = 25°C
Tbu = 20°C
UR = 60 %
UA = 12,25 g/kg
Carta psicrométrica
7. Mecanismos de trocas térmicas entre o
animal e o ambiente (dissipação de calor
corporal)
• A taxa de dissipação de calor de um animal é
determinada pela sua taxa de produção, de
armazenamento de calor corporal e, ainda, pelas
condições dos ambientes vizinhos ao seu. O animal
pode trocar energia em forma de calor com o ambiente
em que vive por meio de formas sensíveis e latentes
(Ver figura).
Qs
Qve
Qe
Qa
Qvs
Qc
Esquema básico das fontes de calor dentro de uma
edificação de abrigo de animais
• Equação para o balanço térmico de uma edificação:
(Condição: ganhos = perdas)
Qa + Qs + Qc + (Qve + Qvs) – Qe = 0
Onde:
Qa = calor produzido pelo animal (W)
Qs = carga térmica solar (W)
Qc = calor transmitido por condução (W)
Qve = calor de ventilação de entrada de ar (W)
Qvs = calor de ventilação de saída de ar (W)
Qe = calor de evaporação
• Calor produzido pelos animais (Qa )
Qa = 2,9.P0,75 (kcal/hora)
onde:
P = peso do animal (kg)
1 kcal/hora = 1,163 Watts
1 Watt = 1 J/s
Área da superficial animal (Equação de Meeh)
A = m.Pb
Onde:
m = constante de Meeh (ver Tabela 9)
A = área da superfície corporal do animal (m2)
P = peso do animal (kg)
b = constante (ver Tabela 9)
Tabela 9. Valores de m e b da Equação de Meeh.
• Calor produzido pela carga térmica solar (Qs)
(incidente no telhado da edificação):
U
Qs = α I g + U .∆t. At
he
Onde:
Qs = quantidade de calor solar (W)
α = coeficiente de absorção da radiação solar
U = coeficiente global de transmissão térmica (W / m2.°C)
he = coeficiente superficial externo (W / m2.°C)
Ig = intensidade de radiação solar global (W / m2)
∆t = grandiente de temperatura (°C)
At = área do telhado
• Calor transmitido por condução (Qc) (através de
uma parede):
Qc =
λ
e
∆t. Ap
Onde:
Qc = quantidade de calor por condução (W)
λ = condutibilidade térmica do material da parede (W/m.°C)
e = espessura da parede (m)
∆t = grandiente de temperatura (°C)
Ap = área das paredes (m2)
• Calor de ventilação (Qve, Qvs)
Qve = calor de ventilação de entrada de ar:
Qve = F .δ .c.te
e
F = E. A.v
Onde:
Qve = calor transmitido por ventilação para dentro da edificação (W)
F = fluxo de entrada do ar (m3/s)
E = eficiência das aberturas (E= 0,5 a 0,6 para entrada de ar
perpendicular ao fluxo; E = 0,25 a 0,35 para entrada de ar diagonal ao
fluxo
A = áreas das aberturas (m2)
v = velocidade dos ventos (m/s)
δ = densidade do ar (1,2 kg/m3)
c = calor específico do ar (0,28 J/kg.°C)
te = temperatura externa do ar (°C)
Qvs = calor de ventilação de saída de ar:
Qvs = 0,26.N .V .ti
Onde:
Qvs = quantidade de calor removido pela ventilação (W)
N = número de renovações e ar
para 4 < v < 6 m/s, N = 1;
para 1 < v < 4 m/s, N = 0,5
V = volume da edificação (m3)
ti = temperatura interior (°C)
Aplicações:
1) Determinar o calor produzido (em Watts) por uma vaca
de leite cujo peso corporal é 453 kg.
Qa = ?
Qa = 2,9 P 0,75
Qa = 284 kcal / hora x 1,163 (em Watts)
Qa = 330 Watts
2) Determinar a área superficial da vaca.
A=mPb
Pela Tabela 9:
- m = 0,13
- b = 0,56
A = 0,13.(435)0,56
A = 3,99 m2 ≅ 4,0 m2
3) Expresse a taxa metabólica da vaca (calor produzido)
com relação ao peso e à superfície corporal.
Qa = 330 W
330 W ÷ 453 kg = 0,73 W / kg
330 ÷ 3,99 m2 = 82,78 W / m2